Spitzer Revela Que La Sílice Se Forma Cuando Explotan Estrellas Masivas

Las estrellas explosivas son un ingrediente clave

Esta imagen del remanente de supernova G54.1 + 0.3 incluye luz de radio, infrarrojos y rayos X. Créditos: NASA / JPL-Caltech / CXC / ESA / NRAO / J. Rho (Instituto SETI)

Todos, literalmente, estamos hechos de polvo de estrellas. Muchas de las sustancias químicas que componen nuestro planeta y nuestros cuerpos fueron formadas directamente por estrellas. Ahora, un nuevo estudio que utiliza observaciones de NASA El telescopio espacial Spitzer informa por primera vez que la sílice, uno de los minerales más comunes que se encuentran en la Tierra, se forma cuando explotan estrellas masivas.

Mire a su alrededor ahora mismo y es muy probable que vea sílice (dióxido de silicio, SiO2) de alguna forma. Un componente importante de muchos tipos de rocas en la Tierra, la sílice se usa en mezclas industriales de arena y grava para hacer concreto para aceras, carreteras y edificios. Una forma de sílice, el cuarzo, es un componente importante de la arena que se encuentra en las playas de las costas de Estados Unidos. La sílice es un ingrediente clave en el vidrio, incluido el vidrio plano para ventanas, así como la fibra de vidrio. La mayor parte del silicio que se utiliza en los dispositivos electrónicos proviene del sílice.

En total, la sílice constituye aproximadamente el 60 por ciento de la corteza terrestre. Su presencia generalizada en la Tierra no es una sorpresa, ya que se ha encontrado polvo de sílice en todo el universo y en meteoritos que son anteriores a nuestro sistema solar. Una fuente conocida de polvo cósmico son las estrellas AGB, o estrellas con aproximadamente la masa del Sol que se están quedando sin combustible y se hinchan hasta muchas veces su tamaño original para formar una estrella gigante roja. (Las estrellas AGB son un tipo de estrella gigante roja). Pero la sílice no es un componente principal del polvo de estrellas AGB, y las observaciones no habían dejado claro si estas estrellas podrían ser las principales productoras de polvo de sílice observado en todo el universo.

El nuevo estudio informa sobre la detección de sílice en dos remanentes de supernova, llamados Cassiopeia A y G54.1 + 0.3. Una supernova es una estrella mucho más masiva que el Sol que se queda sin combustible que se quema en su núcleo, provocando su colapso sobre sí misma. La rápida caída de materia crea una explosión intensa que puede fusionar átomos para crear elementos “pesados”, como azufre, calcio y silicio.

Huellas dactilares químicas

Para identificar la sílice en Cassiopeia A y G54.1 + 0.3, el equipo utilizó datos de archivo del instrumento IRS de Spitzer y una técnica llamada espectroscopia, que toma luz y revela las longitudes de onda individuales que la componen. (Puede observar este efecto cuando la luz del sol pasa a través de un prisma de vidrio y produce un arco iris: los diferentes colores son las longitudes de onda individuales de la luz que normalmente se mezclan y son invisibles a simple vista).

Los elementos químicos y las moléculas emiten cada uno longitudes de onda de luz muy específicas, lo que significa que cada uno tiene una “huella digital” espectral distinta que los espectrógrafos de alta precisión pueden identificar. Para descubrir la huella digital espectral de una molécula determinada, los investigadores a menudo se basan en modelos (generalmente realizados con computadoras) que recrean las propiedades físicas de la molécula. Ejecutar una simulación con esos modelos revela la huella digital espectral de la molécula.

Pero los factores físicos pueden influir sutilmente en las longitudes de onda que emiten las moléculas. Tal fue el caso de Cassiopeia A. Aunque los datos espectroscópicos de Cassiopeia A mostraron longitudes de onda cercanas a lo que se esperaría de la sílice, los investigadores no pudieron comparar los datos con ningún elemento o molécula en particular.

Jeonghee Rho, astrónomo del Instituto SETI en Mountain View, California, y autor principal del nuevo artículo, pensó que quizás la forma de los granos de sílice podría ser la fuente de la discrepancia, porque los modelos de sílice existentes asumían que los granos eran perfectos. esférico.

Comenzó a construir modelos que incluían algunos granos con formas no esféricas. Fue solo cuando completó un modelo que asumió que todos los granos no eran esféricos, sino que tenían forma de balón de fútbol, ​​que el modelo “realmente produjo claramente la misma característica espectral que vemos en los datos de Spitzer”, dijo Rho.

Rho y sus coautores en el artículo encontraron la misma característica en un segundo remanente de supernova, G54.1 + 0.3. Los granos alargados pueden decirles a los científicos algo sobre los procesos exactos que formaron la sílice.

Los autores también combinaron las observaciones de los dos remanentes de supernova de Spitzer con observaciones del Observatorio Espacial Herschel de la Agencia Espacial Europea para medir la cantidad de sílice producida por cada explosión. Herschel detecta diferentes longitudes de onda de luz infrarroja que Spitzer. Los investigadores observaron todo el intervalo de longitudes de onda proporcionado por ambos observatorios e identificaron la longitud de onda en la que el polvo tiene su brillo máximo. Esa información se puede usar para medir la temperatura del polvo, y tanto el brillo como la temperatura son necesarios para medir la masa. El nuevo trabajo implica que la sílice producida por las supernovas a lo largo del tiempo fue lo suficientemente significativa como para contribuir al polvo en todo el universo, incluido el polvo que finalmente se unió para formar nuestro planeta de origen.

El estudio fue publicado el 24 de octubre de 2018 en Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, y confirma que cada vez que miramos a través de una ventana, caminamos por la acera o ponemos un pie en una playa de guijarros, estamos interactuando con un material producido por la explosión de estrellas que ardieron hace miles de millones de años.

La Oficina del Proyecto Herschel de la NASA tiene su sede en el Laboratorio de Propulsión a Chorro de la NASA en Pasadena, California. El Centro de Ciencias Herschel de la NASA, que forma parte de IPAC, apoya a la comunidad astronómica de EE. UU. Caltech gestiona JPL para la NASA.

Publicación: J Rho, et al., “Un gemelo de polvo de Cas A: característica de polvo frío y polvo de silicato de 21 μm en el remanente de supernova G54.1 + 0.3”, MNRAS, 2018; doi: 10.1093 / mnras / sty1713

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