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Astrofísico que utiliza el telescopio espacial James Webb para estudiar las supernovas como fuente de elementos pesados ​​en el universo

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Las estrellas producen elementos pesados ​​a través del proceso de nucleosíntesis estelar. A medida que las estrellas se queman, mueren y explotan, en su interior tienen lugar reacciones termonucleares.

Las supernovas son uno de los lugares de mayor temperatura y mayor densidad del universo, dijo Ashall. El material de las estrellas arde y arde para formar elementos cada vez más pesados, desde el hidrógeno hasta el helio, desde el helio hasta el carbono, desde el carbono hasta el oxígeno, etc., hasta llegar al hierro a través de la tabla periódica.

Cuando las estrellas finalmente explotan, arrojan todo este material al universo a velocidades de hasta el 30 por ciento de la velocidad de la luz para formar la próxima generación de estrellas y planetas. “Así es como el planeta y todo lo que nos rodea puede tener todos estos elementos pesados”, dijo Ashall. «Fueron hechos en estrellas moribundas».

Está ampliamente aceptado que la mayoría de los elementos pesados ​​del universo se forman mediante la nucleosíntesis estelar, pero Ashall quiere saber más: rastrear elementos particulares hasta las variedades de supernovas que existen y medir en qué niveles las estrellas producen esos elementos.

En su primer proyecto, Ashall buscará elementos que se encuentran comúnmente en la Tierra, como manganeso, cromo, cobalto y níquel, enfocando el Telescopio James Webb en una supernova Ia en particular: una enana blanca de tercera generación titulada SN2021aefx, que explotó hace un año en la galaxia espiral NGC1566, también conocida como la Bailarina Española.

“Un año después de que explotó, puedes mirar y ver hasta el centro de la supernova”, dijo Ashall. “Ahí es donde ocurre toda esta quema de alta densidad. La nucleosíntesis ocurre en solo unos segundos, pero vemos la región central de alta densidad un año después de la explosión”.

Ashall utilizará el telescopio para recopilar datos de imágenes y espectroscopia sobre elementos dentro de SN2021aefx. La espectroscopia implica observar los espectros producidos por el material cuando interactúa con la luz o la emite al dividir la luz en los colores que la componen, según la NASA. “La espectroscopia nos informa sobre diferentes líneas elementales”, dijo Ashall. “Si hay una línea, sabemos que el elemento está ahí”.

El elemento completo del telescopio óptico del Telescopio Espacial James Webb en exhibición dentro de una sala limpia en el Centro de Vuelo Espacial Goddard de la NASA en Greenbelt, Maryland, en 2017. Crédito de la imagen: Desiree Stover/NASA.

El nuevo telescopio de la NASA es el primero en recopilar los datos que necesita Ashall. James Webb puede observar en regímenes de longitud de onda que el Hubble simplemente no pudo, dijo Ashall.

“Hubble podía observar principalmente en el ultravioleta, óptico y un poco en el infrarrojo cercano, pero James Webb fue hecho para observar en el infrarrojo cercano y el infrarrojo medio”, dijo. «Abre una ventana de longitud de onda completamente nueva para hacer astrofísica».

El segundo proyecto de Ashall se centrará en la detección de monóxido de carbono y monóxido de silicio, también componentes básicos para la vida en el universo, en supernovas de colapso del núcleo. Las supernovas de colapso del núcleo son estrellas moribundas masivas de más de ocho veces la masa de nuestro sol. El nombre de la supernova proviene del tipo de explosión que ocurre, dijo Ashall: cuando la estrella masiva muere, colapsa sobre sí misma y hace una explosión más de 100 mil millones de veces más brillante que el sol.

Utilizando las observaciones realizadas por el telescopio espacial James Webb, Ashall trabajará no solo para obtener elementos pesados, sino también para investigar cuándo los expulsó la supernova en explosión. Su equipo estudiará cómo explotan las supernovas emparejando los datos con simulaciones informáticas de explosiones.

“Cuando medimos estas líneas, podemos calcular las velocidades de la explosión”, dijo Ashall. «Entonces entenderemos qué tan rápido estos elementos son arrojados al universo».

Comenzando con la única supernova de tipo Ia, Ashall espera construir una muestra de diferentes variedades de supernovas para producir estadísticas significativas sobre su papel como creadores de elementos. Está abierto a lo que sea que encuentren.

“Si no encontramos esos elementos provenientes de las supernovas, entonces tenemos que reevaluar lo que sabemos sobre cómo mueren las estrellas y cómo se liberan estos elementos en el universo”, dijo Ashall. «Es interesante de cualquier manera».

Fuente: Virginia Tech





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