Los chorros desiguales propinaron una patada a la estrella de neutrones de Cassiopeia A
Contexto
Cassiopeia A es uno de los remanentes de supernova más cercanos y brillantes: su edad es de apenas unos 340 años. Gracias a esa cercanía y juventud, conserva estructuras de eyección a gran escala que no han tenido tiempo de distorsionarse. En este remanente ya se había encontrado antes una morfología con simetría puntual: siete pares de estructuras opuestas, lo que apunta a varios pares de chorros durante la explosión. El nuevo trabajo añade un eje de simetría más, el que une los dos anillos, y lo vincula con el movimiento de la estrella de neutrones. Esto sitúa a Cassiopeia A en la fila de remanentes donde el mecanismo de «chorros oscilantes» explica tanto la forma como la patada del objeto compacto.
Métodos
Los autores analizaron imágenes de Cassiopeia A de los telescopios JWST (infrarrojo) y Chandra (rayos X), combinándolas en una sola imagen. En ellas identificaron el anillo norte «Corona» y el anillo sur, de menor tamaño, y midieron sus ejes y su posición respecto al centro de la explosión. Después realizaron una simulación hidrodinámica tridimensional sobre malla adaptativa con una resolución de hasta 35 km: primero hicieron explotar la estrella de forma esférica y, 4 segundos más tarde, lanzaron un par de chorros cónicos opuestos con distinta energía. El chorro norte tenía una energía de 3.6×10^50 erg y un ángulo de apertura de 20°, y el sur, de 9×10^48 erg y 5°. Compararon la forma y el tamaño de los anillos del modelo con las observaciones.
Resultados
La simulación reprodujo un par de anillos de distinto tamaño: el grande del norte y el pequeño del sur, como en Cassiopeia A. La relación entre el eje mayor y el menor en ambos anillos es de 1.75, lo que corresponde a una inclinación del eje de los chorros respecto a la línea de visión de 55°. La línea que une los centros de los anillos pasa por el centro de simetría puntual del remanente hallado previamente. La diferencia de momentos de los chorros (588 masas solares × km/s) da a una estrella de neutrones de 1.4 masas solares una velocidad de unos 420 km/s, cercana a la estimación observada de 350–400 km/s. Los anillos del modelo muestran la inestabilidad de Rayleigh–Taylor, que genera eyecciones en forma de dedos parecidas a la «Corona» de las observaciones.
Implicaciones
El trabajo añade un eje de simetría más a los diez ya conocidos en Cassiopeia A, reforzando el argumento a favor del mecanismo de «chorros oscilantes» para este remanente. A diferencia de estudios vecinos, que explicaban la «Corona» por burbujas de níquel que emergen, aquí los anillos se consideran huellas de la interacción de los chorros con la eyección. Es el primer trabajo que vincula un par concreto de anillos con la patada de la estrella de neutrones mediante el mecanismo kick-BEAP. El resultado muestra que la asimetría de los chorros puede ser una fuente común de patadas en las estrellas de neutrones.
Desarrollo futuro
El tema puede avanzar hacia simulaciones más detalladas con varios pares de chorros y una envoltura no homogénea, para reproducir los finos dedos de la «Corona». También es prometedor aplicar el mecanismo kick-BEAP a otros remanentes de supernova con patadas conocidas y estructuras anulares. Observaciones futuras de alta resolución angular, por ejemplo con XRISM, ayudarán a precisar las velocidades y la composición de la eyección en los anillos.
Impacto
El resultado influirá en la comprensión de los mecanismos de explosión de supernovas con colapso del núcleo y en los modelos de formación de estrellas de neutrones con grandes velocidades. Además, ofrecerá una nueva herramienta para interpretar la morfología de remanentes de supernova en otras galaxias.
Próximos pasos
El siguiente paso es realizar simulaciones con varios pares de chorros para comprobar si la estructura anular se conserva en un cuadro de explosión más complejo. También conviene comparar las predicciones del modelo con mapas detallados de velocidades de la eyección obtenidos por espectroscopía.
Problemas abiertos clave
El trabajo se relaciona directamente con el problema no resuelto del mecanismo de explosión de supernovas con colapso del núcleo: el mecanismo neutrínico no explica la simetría puntual de los remanentes, mientras que el mecanismo de «chorros oscilantes» lo hace de forma natural. Otra cuestión abierta es el origen de las patadas de las estrellas de neutrones, que a menudo superan los 100 km/s; aquí se propone un mecanismo concreto con rasgos morfológicos verificables.
La velocidad de la estrella de neutrones en Cassiopeia A es de unos 400 km/s. En un segundo recorre la distancia de Moscú a San Petersburgo.
Cifras clave
- velocidad de la patada de la estrella de neutrones: 350–400 km/s
- relación de energías entre el chorro norte y el sur: 40
- ángulo de inclinación del eje de los chorros respecto a la línea de visión: 55°
- energía del chorro norte: 3.6×1050 erg
- edad del remanente: 340 años