El ‘polvo’ cósmico de las supernovas insinúa cómo nacen las estrellas


Una nueva investigación detectó una fuerte polarización de un remanente de supernova joven. Proporcionó evidencia independiente y sólida de que el polvo cósmico en el universo primitivo se formó en supernovas. Si bien es cierto que las supernovas expulsan y destruyen el polvo cósmico, las observaciones infrarrojas ahora sugieren que el polvo se formó en una etapa temprana de una supernova.

SOFIA HAWC+ (Observatorio estratosférico para astronomía infrarroja Cámara de banda ancha aerotransportada de alta resolución Plus) Las observaciones de banda D del remanente de supernova joven (SNR) Cassiopeia A (Cas A) muestran una alta polarización en el nivel de 5-30%. Esta polarización indica:

La emisión de polvo polarizado detectada en el infrarrojo lejano pertenece a la SNR, y las supernovas son productoras de una gran masa de polvo (algunos artículos, incluso en Nature, han indicado que el polvo proviene solo de las nubes en la línea de visión y no hay frío). polvo en Cas A)
Los granos de polvo recién formados en las supernovas son grandes y alargados en lugar de esféricos.

Figura de la izquierda: imágenes en mosaico de SOFIA (154 micrones en rojo), Herschel (70 micrones en verde) y Spitzer (24 micrones en azul). Figura de la derecha: Los flujos del campo magnético están en la imagen de infrarrojo lejano SOFIA (154 micon). Crédito: Instituto SETI

Los granos de silicato son el polvo dominante que tiene una polarización tan fuerte
Las supernovas son importantes fuentes de polvo en el universo primitivo
El Dr. Jeonghee Rho, científico investigador del Instituto SETI y autor principal de esta investigación, dijo que la emisión de polvo polarizado pertenece a la SNR Cas A y no es una emisión interestelar aleatoria. Estudiar las emisiones de infrarrojo lejano es complicado, ya que está en todas partes del cielo. Buscar emisiones asociadas con supernovas es equivalente a encontrar una aguja en un pajar. Las observaciones de polarización arrojan nueva luz sobre eso.

La investigación es una colaboración con el estudiante graduado, el Sr. Aravind Ravi, y otros científicos de la Universidad de Texas, Arlington, y los colaboradores están en la Universidad de College London y la Universidad de Cardiff en el Reino Unido, la Universidad de Ghent en Bélgica, el Instituto Max Planck en Alemania, y el Instituto Coreano de Astronomía y Ciencias Espaciales en Corea del Sur.

Cassiopeia A es una SNR relativamente joven ubicada en la constelación de Cassiopeia y aproximadamente a 11,000 años luz de distancia de la Tierra, y su luz probablemente llegó por primera vez a la Tierra alrededor de 1671 d.C. También es una SNR bien estudiada, lo que la convierte en un objetivo de observación ideal. El HAWC+ de SOFIA es una cámara de infrarrojo lejano y un polarímetro de imágenes que permite obtener imágenes de flujo total y polarizado en cinco longitudes de onda de banda ancha. El mapa de polarización de Cas A se realizó a 154 micras (Banda D). Al observar con este instrumento, los investigadores esperaban aprender:

¿Cómo fluye el campo magnético?
¿Qué tipo de granos de polvo están presentes?
¿Qué tamaño tienen los granos de polvo?
¿Qué formas tienen los granos de polvo?
¿Cómo se alinea el polvo con el campo magnético?

Las direcciones del campo magnético se muestran en la imagen de infrarrojo lejano (154 micon) de SOFIA utilizando la cámara de banda ancha aerotransportada de alta resolución Plus (HAWC+) a bordo de SOFIA. La fuerza del campo magnético en Cas A es muy fuerte, 100 mili-Gauss inferidos por las medidas de polarización. La polarización es relativamente débil donde la emisión de infrarrojo lejano es más fuerte (en marrón). Crédito: Instituto SETI

Al comprender las propiedades de los granos de polvo, los científicos pueden comprender mejor la historia de la formación de estrellas y la evolución del universo. No debe confundirse con los conejitos de polvo que se esconden debajo de las camas, el polvo cósmico se compone de rocas y está hecho de elementos como el carbono y, en este caso, principalmente silicato, y juega un papel en la forma en que se forman las estrellas y los planetas. Los modelos teóricos mostraron previamente que la formación de polvo en las supernovas podría explicar la presencia de polvo en el universo primitivo. La gran pregunta era si habría evidencia de la formación de cantidades suficientes de polvo.

La polarización de SOFIA en Cas A combinando imágenes de Spitzer y Herschel implica una estimación de un campo magnético de aproximadamente 100 mili-Gauss. Pone a Cas A como una de las fuentes de campo magnético más fuertes. La alineación de granos en la eyección de supernova ocurre con los campos magnéticos, y la polarización del polvo puede rastrear de manera confiable el campo magnético.

La observación mostró que los granos de polvo de silicato son los granos dominantes en Cas A. Este resultado es significativo porque la tasa de supervivencia del polvo de silicato es más alta que para otros tipos de polvo, por lo que aún existe suficiente polvo detrás del choque inverso. Otros granos presentes podrían ser polvo que contiene hierro, pero las observaciones o simulaciones adicionales de longitud de onda proporcionarán una mayor comprensión.

Si bien la polarización muestra un campo magnético estrecho en el centro y en la capa sureste, la fracción de polarización es mayor en el lugar entre las dos estructuras de polvo. West muestra una falta de polarización y campos aleatorios. Crédito: Instituto SETI

La gran cantidad de polvo de las regiones polarizadas de la SNR muestra que las supernovas son las principales productoras de polvo en el universo primitivo. La masa de polvo del área polarizada (por ejemplo, excluyendo la parte occidental) sigue siendo dos décimas de la masa solar. Anteriormente se hacía usando deconvolución de espectros. Estos datos son una confirmación independiente de que la producción de polvo de las supernovas es importante como productores de polvo en el universo primitivo.

«Es decepcionante que la misión SOFIA esté llegando a su fin cuando estamos viendo resultados emocionantes como este», dijo el director adjunto de Operaciones de la Misión Científica SOFIA, Bernhard Schulz. «Actualmente no hay planes para otro observatorio de infrarrojo lejano, por lo que todo el campo de la astronomía se verá afectado».

Este trabajo nos acerca a la comprensión de los procesos en el universo primitivo que conducen a la formación de estrellas y planetas. Al estudiar los granos más profundamente con el telescopio espacial James Webb, los investigadores esperan comprender mejor la composición del polvo.

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