Reconstruyendo los misteriosos orígenes de las supernovas superluminosas

Cuando una estrella masiva llega al final de su vida, puede explotar como una supernova. Pero hay un tipo único de supernova que es mucho más brillante que estamos empezando a comprender y que puede resultar útil para medir el universo.

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Conocidas como supernovas superluminosas, estos eventos suelen ser de 10 a 100 veces más brillantes que una supernova normal, pero mucho más raros. Hemos visto alrededor de 100 hasta ahora, pero muchos aspectos de estos eventos siguen siendo esquivos.

¿Por qué son mucho más brillantes que las supernovas normales, por ejemplo, y qué estrellas las provocan? Los astrónomos esperan responder estas y más preguntas en los próximos años, con varios estudios en curso para comprender estos eventos como nunca antes.

 

Formación

El Dr. Ragnhild Lunnan, de la Universidad de Estocolmo, Suecia, es uno de los coinvestigadores del proyecto SUPERS, que está tratando de determinar qué estrellas conducen a la formación de supernovas superluminosas. Con docenas ya encontradas, el equipo está construyendo la colección más grande de estos eventos en un esfuerzo por aprender más sobre ellas.

"Al seguir la evolución de estas supernovas en una fase muy tardía, puedes decodificar su (estructura)", dijo. "Esto te dice cosas sobre la estrella que explotó, y posiblemente cómo explotó".

Para encontrar estas explosiones, Lunnan y su equipo están utilizando una cámara llamada Zwicky Transient Facility (ZTF), parte del Observatorio Palomar en California, EE. UU., para examinar el cielo. Solo se espera una supernova por galaxia por siglo, y solo una de cada 1.000 o incluso una de cada 10.000 de las que son superluminosas. Pero al observar muchas galaxias simultáneamente con la ZTF, es posible detectar estos eventos.

Las supernovas superluminosas se encuentran con más frecuencia en las galaxias formadoras de estrellas que en las galaxias más antiguas, lo que significa que probablemente sean explosiones de estrellas jóvenes, señala Lunnan.

"Además, muy a menudo los encuentras en galaxias que son químicamente primitivas, llamadas de baja metalicidad, y creemos que esto también es una pista", dijo. ‘Creemos que están asociados con estrellas muy masivas y pobres en metales. Pero más allá de eso, realmente no lo sabemos ".

En 2018, Lunnan y su equipo descubrieron una supernova superluminosa con una cáscara gigante de material a su alrededor, que debe haber expulsado en los últimos años de su corta vida. "Ese descubrimiento (del caparazón) es otra pista de que las estrellas deben ser muy masivas", aclara Lunnan.

El proceso exacto que causa una supernova superluminosa es otra cuestión. Por lo general, las estrellas pueden convertirse en supernovas colapsando de forma independiente o compartiendo material con una pequeña estrella densa conocida como enana blanca antes de que se produzca una explosión, conocida como supernova de Tipo 1a. Pero, ¿qué sucede en un evento superluminoso?

El Dr. Avishay Gal-Yam del Instituto de Ciencias Weizmann en Israel, coordinador del proyecto Fireworks, ha estado tratando de responder a esta pregunta. El proyecto ha estado utilizando observaciones del cielo nocturno de cámaras como la ZTF que tienen una cadencia rápida, lo que significa que muestran un evento poco después de que ocurriera, para estudiar las explosiones cósmicas.

Anteriormente solo veíamos supernovas aproximadamente dos semanas después de que ocurrieran, pero las constantes observaciones del cielo de ZTF nos permiten verlas en aproximadamente uno o dos días. Y eso es particularmente útil para las supernovas superluminosas. Una supernova regular puede iluminarse y desvanecerse durante un período de semanas, pero una supernova superluminosa puede durar varias veces más, mientras que también alcanza su brillo máximo más lento.

"Están evolucionando relativamente lentamente", dijo. “El tiempo que tarda la explosión en alcanzar su punto máximo puede ser de un par de meses, a veces incluso más. Por lo tanto, los estudios de estos objetos no se centran en observaciones rápidas, sino en una campaña de seguimiento continuo que lleva meses y, a veces, años ".

Hasta ahora, Gal-Yam y su equipo han publicado varios estudios, examinando algunas de las teorías sobre cómo ocurren estos eventos. Una idea es que una supernova regular deja atrás una estrella de neutrones que gira rápidamente y está altamente magnetizada, llamada magnetar, que actúa como un imán gigante y bombea energía hacia la explosión de supernova.

Pero la teoría más favorecida de Gal-Yam es la misma que defiende Lunnan: que las estrellas masivas que colapsan son la causa. "¿Qué puede generar tanta energía que pueda generar emisiones tan luminosas, tanto en términos de la cantidad de energía como de la cantidad de tiempo que continúa ocurriendo la emisión?". "La (teoría) más intrigante es una explosión de una estrella muy masiva 100 veces más masiva que el sol".

 

Distancia

Si bien muchas preguntas sobre las supernovas superluminosas siguen sin respuesta, ya están demostrando ser útiles como marcadores de distancia en el universo. Llamadas "velas estándar", los eventos brillantes como las supernovas nos pueden decir qué tan lejos está una galaxia en particular, ya que sabemos cuán brillantes deberían ser.

"La idea aquí es una vela estándar, un objeto de luminosidad conocida", comentó Mark Sullivan, coordinador del proyecto SPCND que analizó cómo los eventos explosivos como este podrían ser útiles para los estudios cosmológicos. "Si puedes encontrarlo en el cielo y medir cuán brillante parece ser para nosotros en la Tierra, puedes saber qué tan lejos está".

 

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