¿Qué tienen en común pequeñas motas de polvo de estrellas de carburo de silicio, que se encuentran en meteoritos y más antiguos que el sistema solar, con pares de estrellas envejecidas propensas a erupciones?
Una colaboración entre dos científicos de la Universidad Estatal de Arizona, la cosmoquímica Maitrayee Bose y el astrofísico Sumner Starrfield, ambos de la Escuela de Exploración de la Tierra y el Espacio de ASU, descubrió la conexión y señaló el tipo de explosión estelar que produjo los granos de polvo de estrellas.
Su estudio acaba de ser publicado en El diario astrofísico .
Los granos microscópicos de carburo de silicio, mil veces más pequeños que el ancho promedio de un cabello humano, fueron parte de los materiales de construcción que construyeron el Sol y el sistema planetario. Nacidos en explosiones de Nova, que son repetidas erupciones cataclísmicas por ciertastipos de estrellas enanas blancas, los granos de carburo de silicio se encuentran hoy incrustados en meteoritos primitivos.
"El carburo de silicio es uno de los bits más resistentes encontrados en meteoritos", dijo Bose. "A diferencia de otros elementos, estos granos de polvo de estrellas han sobrevivido sin cambios desde antes de que naciera el sistema solar".
nacimiento violento
Una estrella se convierte en una nova, una "nueva estrella", cuando de repente se ilumina por muchas magnitudes. Novae se produce en pares de estrellas donde una estrella es un remanente compacto y caliente llamado enana blanca. La otra es un gigante genialestrella tan grande que su atmósfera exterior extendida alimenta gas a la enana blanca. Cuando se acumula suficiente gas en la enana blanca, se produce una erupción termonuclear y la estrella se convierte en una nova.
Aunque potente, la erupción no destruye a la enana blanca ni a su compañera, por lo que las novas pueden erupcionar una y otra vez, arrojando repetidamente al espacio gas y granos de polvo producidos en la explosión. Desde allí, los granos de polvo se funden con nubes de gas interestelarpara convertirse en los ingredientes de nuevos sistemas estelares.
El Sol y el sistema solar nacieron hace unos 4.600 millones de años a partir de una nube interestelar así, sembrada con granos de polvo de erupciones estelares anteriores por muchos tipos diferentes de estrellas. Casi todos los granos originales se consumieron para hacer el Sol y los planetas,sin embargo, quedaba una pequeña fracción. Hoy en día, estos fragmentos de polvo de estrellas, o granos presolares, se pueden identificar en materiales primitivos del sistema solar, como los meteoritos condríticos.
"La clave que desbloqueó esto para nosotros fue la composición isotópica de los granos de polvo de estrellas", dijo Bose. Los isótopos son variedades de elementos químicos que tienen neutrones adicionales en sus núcleos. "El análisis isotópico nos permite rastrear las materias primas que se unieron paraformar el sistema solar "
Añadió: "Cada grano de carburo de silicio lleva una firma de la composición isotópica de su estrella madre. Esto proporciona una sonda de la nucleosíntesis de esa estrella, cómo hizo los elementos".
Bose recopiló datos publicados sobre miles de granos y descubrió que casi todos los granos se agruparon naturalmente en tres categorías principales, cada una atribuible a un tipo de estrella u otra.
Pero había alrededor de 30 granos que no se podían rastrear hasta un origen estelar en particular. En los análisis originales, estos granos se marcaron como posiblemente originarios de explosiones de nova.
¿Pero lo hicieron?
Haciendo polvo de estrellas
Como astrofísico teórico, Starrfield utiliza cálculos y simulaciones por computadora para estudiar varios tipos de explosiones estelares. Estas incluyen novas, novas recurrentes, explosiones de rayos X y supernovas.
Trabajando con otros astrofísicos, estaba desarrollando un modelo de computadora para explicar los materiales expulsados vistos en el espectro de una nova descubierta en 2015. Luego asistió a una charla coloquial dada por Bose antes de que ella se uniera a la facultad.
"No hubiera seguido con esto si no hubiera escuchado la conversación de Maitrayee y luego hubiera tenido nuestra discusión de seguimiento", dijo. Eso lo llevó a profundizar en los detalles de las erupciones de novas en general y lo que los granos presolares podrían decir sobre estosexplosiones que los arrojaron al espacio.
Pronto surgió un problema. "Después de hablar con ella", dijo Starrfield, "descubrí que nuestra forma inicial de resolver el problema era no estar de acuerdo ni con las observaciones astronómicas ni con sus resultados".
"Así que tuve que encontrar una manera de evitar esto"
Se dirigió a estudios multidimensionales de explosiones de novas clásicas y creó una forma completamente nueva de hacer los cálculos del modelo.
Starrfield dijo que hay dos clases principales de composición de nova. "Una es la clase de oxígeno-neón en la que he estado trabajando durante 20 años. La otra es la clase de carbono-oxígeno a la que no le había prestado tanta atención".. "Las designaciones de clase para las novas provienen de los elementos vistos en sus espectros.
"El tipo de carbono-oxígeno produce mucho polvo como parte de la explosión en sí misma", dijo Starrfield. "La idea es que la explosión de la nova llegue al núcleo de oxígeno y carbono de la enana blanca, sacando a relucir todos estos elementos mejorados y enriquecidoselementos en una región con altas temperaturas ".
Eso, dijo, puede provocar una explosión mucho mayor, y agregó: "Es realmente desordenado. Expulsa el polvo en zarcillos, sábanas, chorros, manchas y grumos".
Los cálculos de Starrfield hicieron predicciones de 35 isótopos, incluidos los de carbono, nitrógeno, silicio, azufre y aluminio, que serían creados por los estallidos de nova de carbono-oxígeno.
Resultó que obtener la proporción correcta de material de núcleo enano blanco y material acumulado de la estrella compañera era absolutamente necesario para que las simulaciones funcionaran. Bose y Starrfield luego compararon las predicciones con las composiciones publicadas de los granos de carburo de silicio.
Esto los llevó a una conclusión algo sorprendente. Dijo Bose: "Encontramos que solo cinco de los aproximadamente 30 granos podrían haber venido de novas".
Si bien esto puede parecer un resultado decepcionante, los científicos estaban realmente satisfechos. Bose dijo: "Ahora tenemos que explicar las composiciones de los granos que no provienen de los arrebatos de nova. Esto significa que hay una fuente o fuentes estelares completamente nuevas paraser descubierto."
Y mirando la imagen más grande, agregó: "También hemos encontrado que las observaciones astronómicas, las simulaciones por computadora y las mediciones de laboratorio de alta precisión de los granos de polvo de estrellas son necesarias si queremos entender cómo evolucionan las estrellas. Y esto es exactamente lo quetipo de ciencia interdisciplinaria en la que la escuela sobresale "
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad Estatal de Arizona . Original escrito por Robert Burnham. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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