Un equipo internacional de científicos ha descubierto nueva información sobre los restos de una estrella que explotó hace más de 450 años. Los resultados proporcionaron nuevas pistas sobre cómo las condiciones en las ondas de choque creadas por las explosiones estelares titánicas, llamadas supernovas, aceleran las partículas hasta casi la velocidad de la luz.

El remanente de supernova se llama Tycho, llamado así por el astrónomo danés Tycho Brahe, quien notó el brillo luminoso de esta nueva "estrella" en la constelación de Casiopea en 1572. En el nuevo estudio, los astrónomos utilizaron el observatorio IXPE de la NASA para estudiar los rayos X polarizados del remanente de la supernova de Tycho.

IXPE reveló, por primera vez, la geometría de los campos magnéticos cercanos a la onda de choque, que aún se está propagando desde la explosión inicial y forma un límite alrededor del material expulsado. Comprender la geometría del campo magnético permite a los científicos investigar más a fondo cómo se aceleran las partículas allí.

“Como una de las llamadas supernovas históricas, Tycho fue observada por la humanidad en el pasado y tuvo un impacto social e incluso artístico duradero”, dijo el Dr. Riccardo Ferrazzoli, investigador del Instituto Nacional Italiano de Astrofísica en Roma, que se asocia con la NASA en la misión IXPE. “Es emocionante estar aquí, 450 años después de su primera aparición en el cielo, volver a ver este objeto con nuevos ojos y aprender de él”. Ferrazzoli es el autor principal de los hallazgos de Tycho recientemente publicados, que aparecen en el último número en The Astrophysical Journal.

La medición de la polarización de rayos X les dice a los científicos la dirección promedio y el orden del campo magnético de las ondas de luz que forman los rayos X de una fuente de alta energía como Tycho. Los rayos X polarizados son producidos por electrones que se mueven en el campo magnético en un proceso llamado "emisión de sincrotrón". La dirección de polarización de los rayos X se puede mapear de nuevo a la dirección de los campos magnéticos en el lugar donde se generaron los rayos X. Esta información ayuda a los científicos a abordar algunas de las preguntas más importantes de la astrofísica, como por ejemplo, cómo Tycho y otros objetos aceleran partículas más cercanas a la velocidad de la luz que los aceleradores de partículas más poderosos de la Tierra.

“El proceso por el cual un remanente de supernova se convierte en un acelerador de partículas gigante implica una delicada danza entre el orden y el caos”, dijo Patrick Slane, astrofísico senior del Centro de Astrofísica de Harvard en Cambridge, Massachusetts. “Se requieren campos magnéticos fuertes y turbulentos, pero IXPE nos está mostrando que también hay una uniformidad o coherencia a gran escala involucrada, que se extiende hasta los sitios donde se produce la aceleración”.

Durante sus décadas de operación, el Observatorio de rayos X Chandra de la NASA ha observado repetidamente el remanente de la supernova de Tycho, ayudando a los investigadores a hacer descubrimientos históricos sobre esta fascinante formación. Con su capacidad para identificar y rastrear la luz de rayos X polarizada, IXPE se basa en el trabajo preliminar establecido por el Chandra. La información de IXPE permite a los científicos comprender mejor el proceso por el cual los rayos cósmicos, partículas altamente energéticas que impregnan nuestra galaxia, son aceleradas por los remanentes de supernova.

IXPE ayudó a mapear la forma del campo magnético de Tycho con una claridad y escala sin precedentes. Aunque los observatorios anteriores han observado el campo magnético de Tycho en ondas de radio, IXPE midió la forma del campo en escalas más pequeñas que un parsec, o aproximadamente 3,26 años luz, un tamaño enorme en términos de experiencia humana, pero los investigadores más cercanos jamás han llegado a observar la fuente de los "rayos cósmicos" altamente energéticos emitidos por uno de estos fenómenos distantes. Esta información es valiosa a medida que los científicos exploran cómo se aceleran las partículas a raíz de la onda expansiva de la explosión inicial.

Los investigadores también documentaron similitudes y diferencias sorprendentes entre los hallazgos de IXPE en Tycho y en el remanente de supernova Cassiopeia A, un tema de estudio anterior. Las direcciones generales de los campos magnéticos en ambos remanentes de supernova parecen ser radiales, estirados a lo largo de una dirección que se extiende hacia afuera. Pero Tycho produjo un grado mucho mayor de polarización de rayos X que Cassiopeia A, lo que sugiere que puede poseer un campo magnético más ordenado y menos turbulento.

La supernova de Tycho se clasifica como Tipo Ia, que ocurre cuando una estrella enana blanca en un sistema binario destroza a su estrella compañera, capturando parte de su masa y provocando una explosión violenta. La destrucción de la enana blanca envía escombros al espacio a velocidades tremendas. Se cree que tales eventos son la fuente de la mayoría de los rayos cósmicos galácticos que se encuentran en el espacio, incluidos los que bombardean continuamente la atmósfera de la Tierra.

La explosión de la supernova de Tycho en sí misma liberó tanta energía como la que emitiría el Sol en el transcurso de 10 mil millones de años. Ese brillo hizo que la supernova de Tycho fuera visible a simple vista aquí en la Tierra en 1572, cuando fue detectada por Brahe y otros observadores de estrellas, incluyendo potencialmente a William Shakespeare, de 8 años, quien continuaría describiéndola en un pasaje temprano de “Hamlet” a principios del siglo XVII.