Capturan el destello óptico más rápido emitido por una supernova recién nacida

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  • Categoría de la entrada:Ciencia
  • Última modificación de la entrada:9 diciembre, 2021
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Muchas estrellas acaban con sus vidas mediante una espectacular explosión. 

La mayoría de las estrellas masivas explotarán como una supernova. 

Aunque una estrella enana blanca es el remanente de una estrella de masa intermedia como nuestro Sol, puede explotar si la estrella es parte de un sistema estelar binario cercano, donde dos estrellas orbitan una alrededor de la otra. Este tipo de supernovas se clasifica como supernovas de Tipo Ia.

Debido al brillo uniforme y extremadamente alto de la supernova de Tipo Ia, que es aproximadamente 5 mil millones de veces más brillante que nuestro Sol, los investigadores las utilizan ampliamente como una vela estándar para las mediciones de distancias en astronomía. 

Como ejemplo más exitoso, las supernovas de Tipo Ia ayudaron a los investigadores a descubrir la expansión acelerada de nuestro universo. 

Pero a pesar del gran éxito de la cosmología de supernovas de Tipo Ia, los investigadores todavía están desconcertados por cuestiones básicas como cuáles son los sistemas progenitores de las supernovas de Tipo Ia y cómo se encienden las explosiones de supernovas de Tipo Ia.

Para resolver estos problemas de larga data, un equipo de astrónomos, dirigido por el investigador del proyecto del Instituto Kavli de Física y Matemáticas del Universo (Kavli IPMU), Ji-an Jiang, intentó capturar supernovas de Tipo Ia dentro de un día de sus explosiones, llamadas supernovas de tipo Ia de fase temprana, utilizando instalaciones de estudio de campo amplio de nueva generación, incluida la cámara Tomo-e Gozen, el primer sensor de imágenes CMOS de mosaico de campo amplio del mundo.

Al verificar regularmente los candidatos de supernova de fase temprana descubiertos por el estudio transitorio de Tomo-e, un transitorio, Tomo-e202004aaelb, llamó la atención de Jiang.

“Tomo-e202004aaelb se descubrió con alto brillo el 21 de abril de 2020. Sorprendentemente, su brillo mostró una variación significativa en los dos días siguientes y luego se comportó como una supernova normal de fase temprana de tipo Ia. Hemos descubierto varias supernovas de fase temprana de tipo Ia” que muestran un exceso de emisión interesante en los primeros días de sus explosiones, pero nunca han visto una emisión temprana tan rápida y prominente en longitudes de onda ópticas. Gracias al modo de levantamiento de alta cadencia y al excelente rendimiento de Tomo-e Gozen, podemos capturar perfectamente “Esta asombrosa característica por primera vez. Un destello temprano tan rápido debería originarse de un origen diferente en comparación con las supernovas de tipo Ia de exceso temprano descubiertas anteriormente”, dijo Jiang.

Las simulaciones computacionales realizadas por el profesor adjunto de la Universidad de Kyoto, Keiichi Maeda, mostraron que el origen del misterioso destello óptico rápido puede explicarse por la energía liberada de una interacción entre la eyección de supernova y un material circunestelar denso y confinado (CSM) poco después de la explosión de la supernova.

“No habíamos visto un destello tan corto y brillante de supernovas de Tipo Ia antes, incluso con un número recientemente creciente de descubrimientos muy tempranos poco después de la explosión de la supernova en los últimos años, incluidos los descubiertos por nuestro equipo. La naturaleza del CSM debe reflejar la naturaleza de la estrella progenitora y, por lo tanto, esta es la clave para comprender qué tipo de estrella explota y cómo lo hace. Una pregunta es qué hace que esta supernova sea tan especial “, dijo Maeda.

A través de observaciones espectroscópicas del telescopio Seimei de la Universidad de Kyoto, el equipo descubrió que el SN es una variante de las supernovas de Tipo Ia más brillantes.

“A la primera mirada del espectro tomado justo después del destello inicial, se destacó como algo diferente de las supernovas normales. Notamos que una clase más brillante de supernovas de Tipo Ia podría verse como esta si fueran observadas en una fase tan temprana . Nuestra clasificación se confirmó posteriormente a medida que los espectros evolucionan para parecerse cada vez más a las supernovas brillantes de Tipo Ia que se han encontrado anteriormente “, dijo el investigador del proyecto de la Universidad de Kioto, Miho Kawabata.

El resultado del equipo muestra que al menos una fracción de las supernovas de Tipo Ia se originan en un ambiente denso de CSM, lo que proporciona una restricción al sistema progenitor de estos fenómenos espectaculares en nuestro universo. 

Dado que Tomo-e202004aaelb (SN 2020hvf) es mucho más brillante que las típicas supernovas de Tipo Ia utilizadas como indicador de distancia, el descubrimiento permitirá a Jiang y sus colaboradores probar varias teorías que se han propuesto para estas peculiares supernovas de Tipo Ia sobreluminosas.

“Anteriormente, hemos construido modelos teóricos de enanas blancas giratorias de masa de super-Chandrasekhar y sus explosiones. Estos modelos masivos pueden ser consistentes con el brillo máximo de SN 2020hvf, pero es necesario un trabajo más teórico para explicar las propiedades de observación detalladas. SN 2020hvf ha brindado una maravillosa oportunidad de colaboración entre la teoría y las observaciones “. dijo el científico principal de Kavli IPMU, Ken’ichi Nomoto.

El equipo de Jiang continuará buscando la respuesta al problema del origen de las supernovas de Tipo Ia, mediante la realización de estudios transitorios con telescopios en todo el mundo.

“Hemos utilizado supernovas de Tipo Ia para medir la expansión del universo, aunque sus orígenes no se comprenden bien. La fotometría de fase temprana de las supernovas de Tipo Ia proporciona información única para comprender sus orígenes y, por lo tanto, debería contribuir a mediciones más precisas de la expansión del universo en un futuro próximo “, dijo Mamoru Doi, científico principal de Kavli IPMU y profesor de la Universidad de Tokio.

Referencia: Ji-an Jiang, Keiichi Maeda, Miho Kawabata, Mamoru Doi, Toshikazu Shigeyama, Masaomi Tanaka, Nozomu Tominaga, Ken’ichi Nomoto, Yuu Niino, Shigeyuki Sako, Ryou Ohsawa, Malte Schramm, Masayuki Yamanaka, Naoto Kobayashi, Hidenori Takahashi, Tatsuya Nakaoka, Koji S. Kawabata, Keisuke Isogai, Tsutomu Aoki, Sohei Kondo, Yuki Mori, Ko Arimatsu, Toshihiro Kasuga, Shin-ichiro Okumura, Seitaro Urakawa, Daniel E. Reichart, Kenta Taguchi, Noriaki Arima, Jin Beniyama, Kohki Uno, Taisei Hamada. Discovery of the Fastest Early Optical Emission from Overluminous SN Ia 2020hvf: A Thermonuclear Explosion within a Dense Circumstellar Environment. The Astrophysical Journal Letters, 2021; 923 (1): L8 DOI: 10.3847/2041-8213/ac375f

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