Aniquilación total para estrellas supermasivas.


Fiura 1. Concepto del artista de la supernova de “inestabilidad de pares” SN 2016iet.
Crédito: Observatorio Gemini / NSF / AURA / ilustración de Joy Pollard.

Una estrella renegada que explota en una galaxia distante ha obligado a los astrónomos a dejar de lado décadas de investigación y centrarse en una nueva raza de supernova que puede aniquilar por completo a su estrella madre, sin dejar ningún remanente. El evento emblemático, algo que los astrónomos nunca antes habían presenciado, puede representar la forma en que mueren las estrellas más masivas del Universo, incluidas las primeras estrellas.

El satélite Gaia de la Agencia Espacial Europea (ESA) notó por primera vez la supernova, conocida como SN 2016iet, el 14 de noviembre de 2016. Tres años de intensas observaciones de seguimiento con una variedad de telescopios, incluido el telescopio Gemini North y su espectrógrafo de objetos múltiples en Maunakea en Hawái, proporcionó perspectivas cruciales sobre la distancia y composición del objeto.

“Los datos de Gemini proporcionaron una mirada más profunda a la supernova que cualquiera de nuestras otras observaciones”, dijo Edo Berger, del Centro Harvard-Smithsoniano de Astrofísica y miembro del equipo de investigación. “Esto nos permitió estudiar SN 2016iet más de 800 días después de su descubrimiento, cuando se había atenuado a la centésima parte de su brillo máximo”.

Chris Davis, Director del programa de la National Science Foundation (NSF), una de las agencias patrocinadoras de Gemini, agregó: “Estas observaciones notables de Gemini demuestran la importancia de estudiar el Universo en constante cambio. Buscar en los cielos eventos explosivos repentinos, observarlos rápidamente y, lo que es más importante, poder monitorearlos durante días, semanas, meses y, a veces, incluso años es fundamental para obtener una imagen completa. En solo unos años, el Telescopio de Sondeo Sinóptico Grande (Large Synoptic Survey Telescope, LSST) de la NSF descubrirá miles de estos eventos, y Gemini está bien posicionado para hacer el trabajo crucial de seguimiento “.

En este caso, esta mirada profunda reveló solo una débil emisión de hidrógeno en la ubicación de la supernova, evidencia de que la estrella progenitora de SN 2016iet vivía en una región aislada con muy poca formación de estrellas. Este es un ambiente inusual para una estrella tan masiva. “A pesar de buscar durante décadas miles de supernovas”, continuó Berger, “esta se ve diferente a cualquier cosa que hayamos visto antes”. A veces vemos supernovas que son inusuales en un aspecto, pero que por lo demás son normales; este caso es único en todos los sentidos posibles “.

SN 2016iet tiene una multitud de rarezas, incluida su increíblemente larga duración, gran energía, huellas químicas inusuales y un entorno pobre en elementos más pesados, para lo cual no existen análogos obvios en la literatura astronómica.

“Cuando nos dimos cuenta de cuán completamente inusual es SN 2016iet, mi reacción fue ‘Vaya, ¿algo salió mal con nuestros datos?'”, Dijo Sebastián Gómez, también del Centro de Astrofísica y autor principal de la investigación. La investigación se publica en la edición del 15 de Agosto de 2019 en The Astrophysical Journal .

La naturaleza inusual de SN 2016iet, según lo revelado por Gemini y otros datos, sugiere que comenzó su vida como una estrella con aproximadamente 200 veces la masa de nuestro Sol, por lo que es una de las explosiones de estrellas individuales más masivas y poderosas jamás observadas. La creciente evidencia sugiere que las primeras estrellas nacidas en el Universo pueden haber sido igual de masivas. Los astrónomos predijeron que si tales gigantes conservan su masa durante su breve vida (unos pocos millones de años), morirán como supernovas de inestabilidad de pares , que recibe su nombre de los pares de materia-antimateria formados en la explosión.


Figura 2. Imagen de SN 2016iet y su galaxia anfitriona más probable tomada con el Espectrógrafo de Sondeo de Baja Dispersión en el telescopio Magellan Clay de 6.5 m en el Observatorio Las Campanas en i-band el 9 de Julio de 2018.
Crédito: Observatorio Las Campanas / Telescopio Magellan Clay / Sebastián Gómez.

La mayoría de las estrellas masivas terminan sus vidas en un evento explosivo que arroja materia rica en metales pesados ​​al espacio, mientras que su núcleo se derrumba en una estrella de neutrones o un agujero negro. Pero las supernovas de inestabilidad de pares son una raza diferente. El núcleo que colapsa produce abundante radiación de rayos gamma, lo que conduce a una producción desbocada de pares de partículas y antipartículas que eventualmente desencadenan una explosión termonuclear catastrófica que aniquila a toda la estrella, incluido el núcleo.

Los modelos de supernovas de inestabilidad de pares predicen que ocurrirán en entornos pobres en metales (término del astrónomo para elementos más pesados ​​que el hidrógeno y el helio), como las galaxias enanas y el Universo temprano, y la investigación del equipo encontró exactamente eso. El evento ocurrió a una distancia de mil millones de años luz en una galaxia enana previamente no catalogada pobre en metales. “Esta es la primera supernova en la que el contenido de masa y metal de la estrella en explosión está en el rango predicho por los modelos teóricos”, dijo Gómez.

Otra característica sorprendente es la gran ubicación de SN 2016iet. La mayoría de las estrellas masivas nacen en densos cúmulos de estrellas, pero SN 2016iet se formó de forma aislada a unos 54,000 años luz de distancia del centro de su galaxia anfitriona enana.

“Cómo se puede formar una estrella tan masiva en completo aislamiento sigue siendo un misterio”, dijo Gómez. “En nuestro vecindario cósmico local, solo conocemos unas pocas estrellas que se acercan a la masa de la estrella que explotó en SN 2016iet, pero todas ellas viven en cúmulos masivos con miles de otras estrellas”. Para explicar la larga y lenta duración del evento de evolución del brillo, el equipo avanza la idea de que la estrella progenitora expulsa la materia a su entorno circundante a una tasa de aproximadamente tres veces la masa del Sol por año durante una década antes de que la estrella explotara. Cuando la estrella finalmente explotó, los escombros de la supernova colisionaron con este material que impulsó la emisión de SN 2016iet.

“La mayoría de las supernovas se desvanecen y se vuelven invisibles contra el resplandor de sus galaxias anfitrionas en unos pocos meses. Pero debido a que SN 2016iet es tan brillante y aislada, podemos estudiar su evolución en los años venideros ”, dijo Gómez. “La idea de las supernovas de inestabilidad de pares ha existido durante décadas”, dijo Berger. “Pero finalmente tener el primer ejemplo de observación que coloca a una estrella moribunda en el régimen de masa correcto, con el comportamiento correcto y en una galaxia enana pobre en metales es un increíble paso adelante”.

No hace mucho tiempo, no se sabía si tales estrellas supermasivas podrían existir realmente. El descubrimiento y las observaciones de seguimiento de SN 2016iet han proporcionado pruebas claras de su existencia y potencial para afectar el desarrollo del Universo temprano. “El papel de Gémini en este sorprendente descubrimiento es significativo”, dijo Gómez, “ya que nos ayuda a comprender mejor cómo se desarrolló el Universo temprano después de sus ‘edades oscuras’, cuando no se produjo la formación de estrellas, para formar el esplendor del Universo que vemos hoy.”

Fuente: Gemini Observatory.

Artículo original: “Total Annihilation for Supermassive Stars.” Aug. 15, 2019.

El Paper:

SN 2016iet: The Pulsational or Pair Instability Explosion of a Low-metallicity Massive CO Core Embedded in a Dense Hydrogen-poor Circumstellar Medium. Sebastian Gomez1, Edo Berger et al.
Published 2019 August 15.
The Astrophysical Journal, Volume 881, Number 2.  

Material relacionado:

La noticia presentada por la Universidad de Harvard:

Sobre la muerte de las estrellas masivas:


El “impostor de supernovas” del siglo XIX precipitó una erupción gigantesca, arrojando material de muchos soles al medio interestelar de Eta Carinae. 
Las estrellas de alta masa como esta dentro de las galaxias ricas en metales, como la nuestra, expulsan grandes fracciones de masa de una manera que las estrellas dentro de galaxias más pequeñas de menor metalicidad no lo hacen.
Crédito: NATHAN SMITH (UNIVERSIDAD DE CALIFORNIA, BERKELEY) Y NASA.

En los siguientes artículos, en el apartado «Material relacionado» de cada uno, el lector encontrará una selección de información y recursos sobre supernovas:



M1: La Nebulosa del Cangrejo. En 1054, los astrónomos chinos se dieron cuenta de una “estrella invitada” que fue visible durante casi un mes en el cielo durante el día. Este gran mosaico de la Nebulosa del Cangrejo fue ensamblado a partir de 24 exposiciones individuales capturadas por Hubble durante tres meses. Los colores en esta imagen no coinciden exactamente con lo que veríamos con nuestros ojos, pero nos permiten conocer la composición de este espectacular cadáver estelar. Los filamentos anaranjados son los restos andrajosos de la estrella y consisten principalmente en hidrógeno. El azul en los filamentos en la parte externa de la nebulosa representa oxígeno neutro. El verde es azufre individualmente ionizado, y el rojo indica oxígeno doblemente ionizado. Estos elementos fueron expulsados ​​durante la explosión de supernova. Más información.
Créditos: NASA, ESA, J. Hester y A. Loll (Universidad Estatal de Arizona).

Otros artículos:

Otros tipos raros de Supernova:

Las supernovas producen algunas de las explosiones más poderosas en el cosmos, expulsando el contenido de una estrella condenada a morir a velocidades que alcanzan el 10 por ciento de la velocidad de la luz. Usualmente toma unas semanas o meses para que una supernova se desvanezca en la nada, pero los astrónomos ahora han documentado un caso récord en el que una estrella se extinguió en sólo unos pocos días:

Otro caso especial e histórico se presenta a continuación.

La detección de la primera Kilonova y la nueva era de la «Astronomía Multimensajero».



Esta imagen del instrumento de MUSE, instalado en el VLT (Very Large Telescope) de ESO en el Observatorio Paranal, en Chile, muestra la galaxia NGC 4993, situada a unos 130 millones años luz de la Tierra. La galaxia en sí no es inusual, pero contiene algo nunca antes visto, las secuelas de la explosión de un par estrellas de neutrones que se han fusionado, un raro acontecimiento llamado kilonova (puede verse encima y ligeramente a la izquierda del centro de la galaxia). Esta fusión también produce ondas gravitacionales y rayos gamma, los cuales fueron detectados por LIGO-Virgo y Fermi/INTEGRAL respectivamente. Creando también un espectro para cada parte del objeto, MUSE nos permite ver la brillante emisión procedente del gas, que aquí aparece en rojo, y revela una sorprendente estructura espiral.
Crédito:ESO/J.D. Lyman, A.J. Levan, N.R. Tanvir.

La confirmación de un nuevo tipo de transitorio de distinto origen, la primera Kilonova el 17 de Agosto de 2017, evento resultante de la fusión de dos estrellas de neutrones detectado por primera vez por LIGO y a continuación por telescopios espaciales tanto de altas energías como en el rango óptico, y luego en tierra por  telescopios ópticos y radiotelescopios, abriendo una nueva era de la Astronomía, la «Astronomía Multimensajero» sumando el campo de las Ondas Gravitacionales al de las Electromagnéticas. El comunicado de prensa de ESO, con enlaces a los trabajos de investigación a que dio lugar el evento, es el siguiente:

El artículo en nuestra página, sobre el evento:

Ver también:

Curiosidades:

Los procesos físicos que enriquecieron químicamente y posiblemente desencadenaron la formación de nuestro Sistema Solar han permanecido como una pregunta sin respuesta en Astrofísica. El siguiente artículo examina la argumentación de un trabajo que trata de responder esa interrogante, proponiendo una explosión de supernova como el causante:

Triggering the formation of the Solar System. Anna Rosen. Astrobites. Nov 7, 2011.

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