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Los astrónomos han estado observando cómo se expande la nube de escombros de supernova durante décadas utilizando el Hubble

Los astrónomos han estado observando cómo se expande la nube de escombros de supernova durante décadas utilizando el Hubble

Hace veinte mil años, una estrella de la constelación del Cisne se convirtió en supernova. Como todas las supernovas, la explosión liberó una asombrosa cantidad de energía. La explosión envió una poderosa onda de choque al espacio circundante a medio millón de kilómetros por hora y no mostró signos de desaceleración.

Desde hace veinte años, el Telescopio Espacial Hubble sigue algunos acontecimientos.

El remanente de supernova (SNR) se llama Cygnus Loop y se encuentra a unos 2.600 años luz de distancia. Es una de las sondas SNR más grandes conocidas por los astrónomos, mide 120 años luz de diámetro y aún se expande. El Anillo Cygnus contiene muchos nodos nebulosos y también contiene la famosa Nebulosa del Velo, que es la parte visible del anillo.

Esta es una imagen ultravioleta del Cygnus Loop SNR tomada por galaxiaun telescopio ultravioleta que fue dado de baja en 2013. Fuente de la imagen: por Elphion – Este archivo se derivó de Cygnus Loop Nebula.jpg, CC0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid= 22859583

En mayo se publicaron en el Astrophysical Journal algunas nuevas investigaciones basadas en la observación del Hubble del Anillo de Cygnus. Se basa en la sección noreste del anillo que el Hubble ha observado durante las últimas dos décadas. Se titula “Imágenes del HST terciario de un choque no radiativo en el remanente de supernova Cygnus Loop.El autor principal es Ravi Sankrit, astrónomo del Instituto Científico del Telescopio Espacial.

“Las imágenes del Hubble son impresionantes cuando las miras en detalle”.

Ravi Sankrit, Instituto de Ciencias del Telescopio Espacial.

“El Hubble es la única forma en que podemos ver lo que está sucediendo en el borde de la burbuja con tanta claridad”, dijo Sankrit. “Las imágenes del Hubble son sorprendentes cuando se miran en detalle. Nos hablan de las diferencias de densidad que experimentan los choques de supernovas a medida que se propagan por el espacio, y de la turbulencia en las regiones detrás de estos choques.

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Hubble observó una banda delgada en el borde exterior del anillo Cygnus para analizar la onda de choque en expansión SNR.  Crédito de la imagen: NASA, ESA, STScI
Hubble observó una banda delgada en el borde exterior del anillo Cygnus para analizar la onda de choque en expansión SNR. Crédito de la imagen: NASA, ESA, STScI

En el centro del estudio se encuentra una línea de Balmer, una fina voluta de gas que aparece de color naranja rojizo en la imagen. Las líneas de Balmer son líneas espectrales de emisiones de átomos de hidrógeno. Las líneas indican diferentes estados de energía cuando los electrones pasan de un nivel a otro debido a la ionización. La onda de choque del SNR calienta el hidrógeno neutro invisible a un millón de grados Fahrenheit a su paso. A este calentamiento le sigue un enfriamiento y los electrones del hidrógeno cambian de estado, liberando fotones. El nivel de energía específico de un fotón hace que parezca rojo a nuestros ojos. La línea fundamental de Balmer se llama H-alfa, una línea espectral visible de color rojo intenso que aparece en todo el universo. Muchas nebulosas son rojas o parcialmente rojas debido a la línea H-alfa, que indica hidrógeno ionizado.

Hubble observó esta parte del Chicken Ring en tres épocas que abarcan 22 años. En tres de las épocas se observó H-alfa, pero sólo en dos se observó otra línea espectral llamada OIII, que es oxígeno doblemente ionizado. Es otra línea espectral común en astronomía porque las nebulosas contienen niveles concentrados de OIII. También ocurre debido a la ionización, cambios en los estados energéticos del electrón y la liberación de fotones. En el caso del OIII, el nivel de energía del fotón hace que parezca azul. OIII se encuentra detrás de la onda de choque y se puede ver en las imágenes con el característico color azul.

Pero los colores por sí solos no les dicen a los astrónomos cómo se mueve el gas en el Anillo de Cisne. Este es el lugar efecto Doppler Al medir el desplazamiento Doppler en la luz de H-alfa y OIII, los astrónomos pueden medir la velocidad radial del gas a medida que se expande hacia afuera desde el remanente de supernova.

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En general, el gas se mueve a más de medio millón de kilómetros por hora, pero existen diferencias. Esto produce una morfología de “lámina ondulada”.

“Estas oscilaciones surgen cuando una onda de choque encuentra material más o menos denso en el medio interestelar”.

William Blair, coautor del estudio, Universidad Johns Hopkins.

Esta forma de estudio muestra la forma de las laminillas onduladas en los filamentos.  Cada cuadrado rojo etiquetado es una zona de caída, y los números encima de cada uno representan los movimientos correctos.  Cada flecha azul indica los bordes anteriores de los choques en diferentes ubicaciones del filamento.  La imagen muestra que los frentes de choque han mantenido su estructura general hasta ahora sin ningún cambio.  Crédito de la imagen: Sankrit et al.  2023.
Esta forma de estudio muestra la forma de las laminillas onduladas en los filamentos. Cada cuadrado rojo etiquetado es una zona de caída, y los números encima de cada uno representan los movimientos correctos. Cada flecha azul indica los bordes anteriores de los choques en diferentes ubicaciones del filamento. La imagen muestra que los frentes de choque han mantenido su estructura general hasta ahora sin ningún cambio. Esto significa que hasta ahora, la cuerda se ha movido por el espacio sin perturbaciones. Crédito de la imagen: Sankrit et al. 2023.

“Se ven ondas en el papel que se ven desde el borde, por lo que parecen cintas de luz retorcidas”, dijo el coautor William Blair de la Universidad Johns Hopkins en Maryland. “Estas oscilaciones surgen cuando una onda de choque encuentra material más o menos denso en el medio interestelar”.

“Cuando apuntamos al Hubble hacia el anillo de Cygnus, sabíamos que este era el borde delantero del frente de choque que queríamos estudiar. Cuando obtuvimos la imagen inicial y vimos esta maravillosa y delicada banda de luz, bueno, eso fue un “No sabíamos que resolvería esto”, dijo Blair.

La forma general del Cygnus Loop se asemeja a una concha. Pero en la periferia de la SNR hay lugares visibles donde la onda de choque saliente forma nudos. Son choques y los hay de dos tipos: radiados y no radiados. Los radiactivos irradian energía, los no radiactivos no. Hay un tercer tipo, que son los choques de transición, que pasan de un estado no radiactivo a un estado radiactivo. La observación y el mapeo de los tres tipos en el área de estudio arroja luz sobre cómo se comportan las SNR cuando las ondas de choque viajan a través del espacio e interactúan con otra materia.

Esta imagen de la investigación muestra diferentes emisiones de OIII. El de la izquierda es tenue y está ubicado cerca del extremo superior izquierdo de la cuerda. El nudo de la derecha es uno de los nudos de la cuerda en el extremo inferior derecho. Es uno de los shocks de transición, donde las emisiones comienzan cuando el shock se vuelve radiativo. Crédito de la imagen: Sankrit et al. 2023.

“El frente de choque se ha estado moviendo suavemente en el medio circundante durante 20 años, sin ninguna desaceleración mensurable ni cambios dramáticos en la morfología o el brillo del filamento”, escribieron los autores. Esto eventualmente cambiará a medida que la energía de la onda de choque disminuya y encuentre más regiones de mayor y menor densidad.

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Aunque la onda de choque Cygnus Loop viaja a medio millón de millas por hora, sigue siendo relativamente lenta en comparación con otros dispositivos SNR. La velocidad varía entre ubicaciones, y las variaciones de velocidad del Cygnus Loop, los nodos de densidad y otras características pintan una imagen de la relación señal-ruido (SNR) y cómo se comporta a lo largo del tiempo. Los astrónomos están monitoreando todas estas características para poder no sólo comprender mejor el anillo de Cygnus, sino también otras SNR.

La principal pregunta sobre el Chicken Ring tiene que ver con su naturaleza. ¿Es el medio previo al choque una pared hueca o una nube interestelar? Desafortunadamente, todavía no hay forma de saberlo con certeza. Pero si el Hubble continúa observando durante otros 20 años, puede responder a esa pregunta.

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