(Principal) Una ilustración muestra el observatorio Vera C. Rubin a la caza de supernovas de tipo Ia (Inset) una ilustración de una enana blanca alimentándose alcanzando la masa crítica(Crédito de la imagen: (Principal) RubinObs/NOIRLab/SLAC/NSF/DOE/AURA/P. Marenfeld (recuadro) Robert Lea (creado con Canva))
El Observatorio Vera C. Rubin pronto abrirá sus ojos al cosmos, y los científicos predicen que detectará millones de estrellas vampiro explotando mientras se alimentan de sus compañeras estelares.
Actualmente en construcción en la montaña chilena Cerro Pachón, se espera que el Observatorio Rubin comience su Estudio del Legado del Espacio y el Tiempo (LSST), de 10 años de duración, a finales de este año.
La afluencia de datos procedentes de las llamadas supernovas de tipo Ia será de gran ayuda para los científicos que investigan el misterio de la energía oscura, la fuerza desconocida que impulsa la aceleración de la expansión del universo.
La emisión de luz de las estrellas enanas blancas en explosión, que son los cadáveres estelares de estrellas con masas cercanas a la del Sol, es tan uniforme que los astrónomos pueden utilizarla para medir distancias. Esta uniformidad hace que las supernovas de tipo Ia se denominen a menudo «candelas estándar», sirviendo como un peldaño vital en la «escalera de distancias cósmicas.»
Usualmente, es difícil saber si un cuerpo astronómico, como una estrella, es brillante porque emite mucha luz o porque se encuentra más cerca de la Tierra. Sin embargo, el hecho de que las supernovas de tipo Ia emitan una cantidad estándar de luz significa que los astrónomos pueden observar sus brillos y colores y combinarlos con información sobre sus galaxias anfitrionas para calcular sus distancias reales.
Esto, a su vez, puede revelar cuánto se ha expandido el universo porque los científicos pueden crear hitos para ciertas distancias en el universo.
«El gran volumen de datos de Rubin nos dará una muestra de todo tipo de supernovas de tipo Ia en un rango de distancias y en muchos tipos diferentes de galaxias», dijo en un comunicado Anais Möller, miembro del equipo de la Colaboración Científica de Energía Oscura Rubin/LSST.
¿Por qué las enanas blancas explotan?
Las enanas blancas nacen cuando las estrellas con masas similares a la del Sol agotan sus reservas de combustible necesarias para las reacciones de fusión nuclear dentro de sus núcleos y, por tanto, colapsan bajo la influencia de su propia gravedad.
Al perder una gran cantidad de masa a medida que se desprenden sus capas externas, estos núcleos estelares muertos acaban por debajo del llamado límite de Chandrasekhar, de unas 1,4 masas solares. Esto significa que no pueden convertirse en supernovas.
El Sol sufrirá este proceso dentro de unos 5.000 millones de años, terminando su vida como una brasa estelar solitaria que se enfría.
Sin embargo, si la estrella progenitora de la enana blanca se encuentra en una binaria con otra estrella, este cadáver estelar puede empezar a extraer vampíricamente material de su compañera. Una vez alcanzada esta masa crítica, las enanas blancas estallan en supernovas de tipo Ia que, por lo general, las aniquilan, aunque estas explosiones pueden, en raras ocasiones, dejar un vestigio de «estrella zombi» destrozada.
Ilustración de una estrella enana blanca que despoja de material estelar a una estrella compañera y comienza a «volverse nova». (Crédito de la imagen: Robert Lea (creado con Canva))Los astrónomos han detectado miles de estos fenómenos explosivos. El problema, sin embargo, es que ver una supernova de tipo Ia una o incluso dos veces no es suficiente para hacerse una idea de cómo varía su luz con el tiempo. Rubin escaneará el cielo del hemisferio sur todas las noches durante 10 años, cubriendo todo el hemisferio aproximadamente cada pocas noches en busca de objetos de brillo cambiante. Esta rápida capacidad de detección convertirá al Rubin en un experto en detectar supernovas de tipo Ia y permitirá a los astrónomos investigarlas antes de que se desvanezcan.Disponer de datos relativos a más supernovas de tipo Ia situadas a diferentes distancias de la Tierra permitirá a los científicos construir un modelo mejor de cómo influye la energía oscura en el cosmos.
Rubin arroja luz sobre la energía oscura
Las supernovas de tipo Ia son intrínsecas al concepto de energía oscura desde 1998, cuando dos equipos distintos de investigadores utilizaron estas erupciones de enanas blancas para determinar que el universo se expandía a un ritmo acelerado.
Desde entonces, los científicos han determinado que la energía oscura domina el universo, representando alrededor del 68% del presupuesto cósmico de energía y materia. Sin embargo, no siempre fue así. Sea lo que sea la energía oscura, parece que sólo «apareció» cuando el universo tenía entre 9.000 y 10.000 millones de años. Antes de eso, el universo estaba dominado por la materia y, antes de eso, por la energía del Big Bang.
Diagrama que muestra la historia y evolución del universo según el modelo predominante de materia oscura fría. (Crédito de la imagen: NASA/ LAMBDA Archive / WMAP Science Team)
El modelo más sólido que tenemos de la evolución del universo, el modelo de materia oscura fría lambda (LCDM), sugiere que la energía oscura es constante. Sin embargo, resultados recientes del Instrumento Espectroscópico de Energía Oscura (DESI) han sugerido que no es así, insinuando que la fuerza de la energía oscura está cambiando. Rubin y el LSST podrían ayudar a resolver esta cuestión proporcionando una muestra más amplia de supernovas de tipo Ia a distintas distancias de la que los científicos han tenido nunca a su alcance. «El universo en expansión es como una goma elástica que se estira. Si la energía oscura no es constante, sería como estirar la goma elástica en diferentes cantidades en diferentes puntos», continuó Möller. Creo que en la próxima década podremos determinar si la energía oscura es constante o evoluciona con el tiempo cósmico».
«Rubin nos permitirá hacerlo con las supernovas de tipo Ia».
Los astrónomos tendrán que prepararse para un diluvio de datos cuando Rubin comience a escanear el cielo sobre el horizonte sur. Se calcula que Rubin generará hasta 10 millones de alertas incrustadas en 20 terabytes de datos cada noche.
Los sistemas informáticos procesarán estas alertas antes de enviarlas a los astrónomos de todo el mundo. Entre las supernovas que aparezcan en los datos habrá otros fenómenos transitorios, como estrellas variables y kilonovas, la violenta colisión entre restos estelares extremadamente densos llamados estrellas de neutrones.
«Debido a los grandes volúmenes de datos, no podemos hacer ciencia de la misma manera que antes», concluyó Möller. «Rubin supone un cambio generacional. Y nuestra responsabilidad es desarrollar los métodos que utilizará la próxima generación.»
