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Todos sabemos que el estallido supernova de estrella masiva, con más de 25 masas solares, deja como remanente un agujero negro. Pues bien, no siempre es así.

La imagen óptica de Westerlund 1 (izquierda) muestra un denso cúmulo de estrellas jóvenes, varias de ellas con masas de unos 40 Soles. Algunos astrónomos especularon que repetidas colisiones entre tales estrellas masivas podrían haber llevado a la formación de un agujero con masa intermedia, de algo más de 100 Soles. Un examen del cúmulo realizado por Chandra (derecha) no halló evidencia de este tipo de agujero negro. En cambio, encontró una estrella de neutrones (CXO J164710.2-455216), un descubrimiento que limita severamente el rango de masas estelares que llevan a la formación de agujeros negros estelares.Crédito: NASA/CXC/UCLA/M.Muno et al

Una estrella muy masiva colapsó para formar una estrella de neutrones y no un agujero negro como se esperaba, según nuevos resultados del Observatorio Chandra de Rayos-X de la NASA. El descubrimiento demuestra que a la naturaleza le toma más trabajo del que se pensaba anteriormente para hacer un agujero negro.

Los científicos descubrieron esta estrella neutrónica, una densa bola giratoria de neutrones de unos 20 Km. de diámetro, que se reveló a sí misma a causa de sus pulsaciones periódicas (cada 10,6 segundos) de rayos-X.) en un cúmulo estelar sumamente joven. Los astrónomos pudieron utilizar las bien determinadas propiedades de otras estrellas del cúmulo para deducir que la progenitora de esta estrella de neutrones poseía al menos 40 veces más masa que nuestro Sol.

Imagen en rayos-X de Westerlund 1 tomada por Chandra.Crédito: NASA/CXC/UCLA/M.Muno et al

“Nuestro descubrimiento demuestra que algunas de las estrellas más masivas no colapsan para formar agujeros negros como se predecía, sino que en su lugar forman estrellas de neutrones”, dijo Michael Muno, un miembro post-doctoral Hubble de la UCLA y autor principal de un artículo que será publicado en The Astrophysical Journal Letters.

Cuando las estrellas muy masivas forman estrellas de neutrones y no agujeros negros, tienen entonces una influencia mucho mayor en la composición de las futuras generaciones de estrellas. Durante su colapso para formar la estrellas neutrónica, más del 95% de su masa (buena parte de ella material rico en metales proveniente de su núcleo) es regresada al espacio que rodea a la estrella.

“Eso significa que se ponen en circulación enormes cantidades de elementos pesados, que podrán a su vez formar otras estrellas y planetas”, dijo J. Simon Clark de la Universidad Abierta del Reino Unido.

Los astrónomos no comprenden enteramente cómo debe ser una estrella masiva para formar un agujero negro en lugar de una estrella de neutrones. El método más confiable para estimar la masa de la estrella progenitora es demostrar que la estrella neutrónica o el agujero negro forman parte de un cúmulo estelar, todos los cuales tienen aproximadamente la misma edad.

Imagen óptica de Westerlund 1 tomada por ESO. Las estrellas en primer plano aparecen en azul, los miembros masivos calientes del cúmulo en naranja, y los masivos fríos en rojo.Crédito: ESO/WFI/2.2-m MPG

Como las estrellas más masivas evolucionan más rápidamente que las menos masivas, la masa de una estrella puede ser estimada si se conoce la etapa evolutiva en la cual se encuentra. Las estrellas de neutrones y los agujeros negros son las fases finales de la evolución de una estrella, de modo que sus progenitoras deben haberse encontrado entre las más masivas del cúmulo.

Muno y sus colegas descubrieron una estrella neutrónica pulsante en un cúmulo estelar conocido como Westerlund 1. Este cúmulo contiene cien mil o más estrellas en una región de apenas 30 años luz de lado, lo que sugiere que todas ellas nacieron en un único episodio de formación estelar.

Basados en propiedades ópticas tales como luminosidad y color, se sabe que algunas de las estrellas normales del cúmulo tienen masas de hasta 40 Soles. Como el progenitor de la estrella neutrónica ya ha estallado como una supernova, su masa debió de haber sido superior a las 40 masas solares.

Los cursos de introducción a la astronomía enseñan algunas veces que las estrellas con más de 25 masas solares se convierten en agujeros negros, un concepto que hasta hace muy poco no tenía ninguna evidencia observacional para comprobarlo.

Sin embargo, algunas teorías permiten que tales estrellas masivas eviten convertirse en agujeros negros. Por ejemplo, cálculos teóricos realizados por Alexander Heger y sus colegas de la Universidad de Chicago indican que las estrellas extremadamente masivas a lo largo de su vida expulsan masa con tal eficiencia que cuando estallan como supernovas dejan como remanente estrellas de neutrones. Asumiendo que la estrella neutrónica de Westerlund 1 es una de las de esta clase, surge la pregunta de cuál es la procedencia de los agujeros negros observados en la Vía Láctea.

Imagen infrarroja de Westerlund 1, capturada por la Inspección Total del Cielo de 2 Micrones (2MASS).Crédito: 2MASS/UMass/IPAC-Caltech/NASA/NSF

Otros factores, tales como la composición química de la estrella, su velocidad de rotación, o la potencia de su campo magnético, podrían dictar si una estrella masiva deja detrás de sí una estrella neutrónica o un agujero negro.

La teoría para las estrellas de composición química normal deja una pequeña ventana de masas iniciales (entre unas 25 y hasta algo menos de 40 masas solares) para la formación de agujeros negros a partir de la evolución de estrellas masivas solitarias. La identificación de estrellas neutrónicas adicionales o el descubrimiento de agujeros negros en cúmulos estelares jóvenes deberían constreñir aún más las masas y propiedades de las progenitoras de uno y otro tipo de remanentes.

El trabajo descrito por Muno se basó en dos observaciones realizadas por Chandra los días 22 de mayo y 18 de junio de 2005.

Westerlund 1 se encuentra localizado a unos 16 000 años luz de distancia, en la dirección de la constelación de Ara (el Altar).

El Centro Marshall de Vuelo Espacial de la NASA, en Huntsville, Alabama, dirige el programa Chandra para el Directorio de Misiones Espaciales de la agencia. El Observatorio Astrofísico Smithsoniano controla las operaciones científicas y de vuelo desde el Centro Chandra de Rayos-X en Cambridge, Massachusetts.

Observatorio Espacial Chandra de Rayos-X.Crédito: NASA/Chandra

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Traducido para Astroseti.org por
Heber Rizzo Baladán

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Web Site: Chandra Press Room
Artículo: “Neutron Star Discovered Where a Black Hole Was Expected”
Autores: Steve Roy y Megan Watzke
Fecha: Noviembre 02, 2005

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