Una supernova rara podría resolver un debate longevo

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La detección de una supernova con una firma química inusual por parte de un equipo de astrónomos dirigido por Juna Kollmeier del Carnegie – e incluyendo a Nidia Morrell, Anthony Piro, Mark Phillips y Josh Simon de la misma institución – puede ser la clave para resolver el antiguo misterio que es la fuente de estas violentas explosiones. Las observaciones realizadas por los telescopios Magallanes en el Observatorio de Las Campanas de Carnegie en Chile fueron cruciales para detectar la emisión de hidrógeno que hace que esta supernova, llamada ASASSN-18tb, sea tan distintiva.

Su trabajo se publicó en la revista Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.

Las supernovas de Tipo Ia juegan un papel crucial para ayudar a los astrónomos a entender el universo. Su brillantez les permite ser vistas a través de grandes distancias y ser usadas como marcadores de distancias cósmicas, lo que les valió el Premio Nobel de Física 2011. Además, sus violentas explosiones sintetizan muchos de los elementos que componen el mundo que nos rodea, los cuales son expulsados hacia la galaxia para generar futuras estrellas y sistemas estelares.

Aunque el hidrógeno es el elemento más abundante del universo, casi nunca se ve en las explosiones de supernovas de Tipo Ia. De hecho, la falta de hidrógeno es una de las características que definen esta categoría de supernovas y se cree que ello es una clave para entender lo que vino antes de sus explosiones. Por eso fue tan sorprendente ver las emisiones de hidrógeno procedentes de esta supernova.

Las supernovas de tipo Ia se originan en la explosión termonuclear de una enana blanca que forma parte de un sistema binario. Pero lo que exactamente desencadena la explosión de la enana blanca, el núcleo muerto que queda después de que una estrella parecida al Sol agote su combustible nuclear, es un gran rompecabezas. La idea que prevalece es que la enana blanca obtiene materia de su estrella compañera, un proceso que puede acabar desencadenando la explosión, pero si esta es o no la teoría correcta es algo que ha sido debatido acaloradamente durante décadas.

Este dibujo, cortesía de Anthony Piro, ilustra tres posibilidades del origen de las misteriosas emisiones de hidrógeno de la supernova de tipo IA llamada ASASSN-18tb que fueron observadas por los astrónomos de Carnegie. Empezando desde arriba y en el sentido de las agujas del reloj: La colisión de la explosión con una estrella compañera rica en hidrógeno, la explosión desencadenada por la colisión de dos estrellas enanas blancas que posteriormente colisionan con una tercera estrella rica en hidrógeno, o la explosión interactuando con material de hidrógeno circunestelar. (Crédito: cortesía de Anthony Piro, Carnegie Institution for Science)

El estudio de supernovas 100IAS

Esto llevó al equipo de investigación que está detrás de este artículo a comenzar un importante estudio de las supernovas del Tipo Ia -llamado 100IAS- que fue lanzado cuando Kollmeier estaba discutiendo el origen de estas supernovas con los coautores del estudio, Subo Dong de la Universidad de Pekín y Doron Kushnir del Instituto de Ciencia Weizmann, quienes, junto con su colega de Weizmann Boaz Katz, propusieron una nueva teoría para las explosiones del Tipo Ia que implica la violenta colisión de dos enanas blancas.

Los astrónomos estudian ansiosamente las firmas químicas del material expulsado durante estas explosiones para entender el mecanismo y los actores involucrados en la creación de las supernovas de Tipo Ia.

En años recientes, los astrónomos han descubierto un pequeño número de raras supernovas de Tipo Ia que están cubiertas por una gran cantidad de hidrógeno, tal vez tanto como la masa de nuestro Sol. Pero en varios aspectos, ASASSN-18tb es diferente de estos eventos anteriores.

«Es posible que el hidrógeno que vemos al estudiar ASASSN-18tb sea como estas supernovas anteriores, pero hay algunas diferencias sorprendentes que no son tan fáciles de explicar», dijo Kollmeier.

En primer lugar, en todos los casos anteriores estas supernovas de Tipo Ia cubiertas de hidrógeno se encontraban en galaxias jóvenes de formación estelar donde puede haber mucho gas rico en hidrógeno. Pero ASASSN-18tb se produjo en una galaxia formada por estrellas antiguas. En segundo lugar, la cantidad de hidrógeno eyectado por ASASSN-18tb es significativamente menor que la que se observa alrededor de esas otras supernovas de Tipo Ia. Probablemente equivale a una centésima parte de la masa de nuestro Sol.

«Una posibilidad emocionante es que estamos viendo material que está siendo extraído de la estrella compañera de la enana blanca en explosión cuando la supernova colisiona con ella», dijo Anthony Piro. «Si este fuera el caso, sería la primera observación de tal suceso».

«¡He estado buscando esta firma durante una década!», indicó el co-autor Josh Simon. «Finalmente la encontramos, pero es tan rara, que es una pieza importante del rompecabezas para resolver el misterio de cómo se originan las supernovas del Tipo Ia».

Nidia Morrell estaba observando esa noche, e inmediatamente redujo los datos que salían del telescopio y los hizo circular al equipo que incluía al estudiante de doctorado Ping Chen, que trabaja en el 100IAS para su tesis y a José Luis Prieto de la Universidad Diego Portales, un veterano observador de supernovas. Chen fue el primero en notar que este no era un espectro típico. Todos estaban completamente sorprendidos por lo que vieron en el espectro del ASASSN-18tb.

«Me sorprendió, y pensé para mí mismo ‘¿podría ser esto realmente hidrógeno?'» recordó Morrell.

Para discutir la observación, Morrell se reunió con el miembro del equipo Mark Phillips, un pionero en el establecimiento de la relación -informalmente nombrada en su honor- que permite que las supernovas de Tipo Ia sean usadas como reglas estándar. Phillips estaba convencido: «Es hidrógeno lo que has encontrado; no hay otra explicación posible».

«Este es un programa de supernovas poco convencional, pero yo soy un observador poco convencional, un teórico, de hecho» dijo Kollmeier. «Es un proyecto extremadamente doloroso de llevar a cabo para nuestro equipo. Observar estas cosas es como coger un cuchillo, porque por definición se vuelven más y más débiles con el tiempo. Sólo es posible en un lugar como Carnegie donde el acceso a los telescopios de Magallanes nos permite hacer experimentos cósmicos intensivos en tiempo y a veces arduos, pero extremadamente importantes. Sin dolor, no hay ganancia». (Fuente: NCYT Amazings)

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