Astrónomos encuentran una posible estrella esquiva detrás de la supernova tipo Ic

Concepto artístico de una estrella supergigante azul que una vez existió dentro de un grupo de estrellas jóvenes en la galaxia espiral NGC 3938, ubicada a 65 millones de años luz de distancia. Estalló como una supernova en 2017, y las fotos de archivo del Telescopio Espacial Hubble se usaron para ubicar a la estrella progenitora condenada, como se veía en 2007. La estrella puede haber sido tan masiva como 50 soles y quemarse a una velocidad furiosa, lo que la hace más caliente y más azul que nuestro sol. Hacía tanto calor que había perdido sus capas externas de hidrógeno y helio. Cuando explotó en 2017, los astrónomos lo clasificaron como una supernova tipo Ic debido a la falta de hidrógeno y helio en el espectro de la supernova. En un escenario alternativo (no mostrado aquí), un compañero binario de la estrella masiva puede haber arrancado sus capas de hidrógeno y helio. Crédito: NASA / ESA / J. OLMSTED (STScI)

Es posible que los astrónomos hayan descubierto finalmente el progenitor largamente buscado de un tipo específico de estrella explosiva al revisar los datos de archivo del Telescopio Espacial Hubble de la NASA y realizar observaciones de seguimiento utilizando el Observatorio WM Keck en Hawai. 

Se cree que la supernova, conocida como tipo Ic, detona después de que una estrella masiva se haya desprendido o se haya despojado de sus capas externas de hidrógeno y helio. 

Estas estrellas se encuentran entre las más masivas conocidas, al menos 30 veces más masivas que nuestro propio Sol. Incluso después de desprenderse de parte de su material al final de la vida, siguen siendo muy grandes y brillantes. 

Así que era un misterio por qué los astrónomos no habían podido atrapar a una de estas estrellas en imágenes de pre-explosión. 

Finalmente, en 2017, los astrónomos tuvieron suerte. Una estrella cercana terminó su vida como una supernova tipo Ic. Dos equipos de astrónomos analizaron detenidamente el archivo de imágenes del Hubble para descubrir la presunta estrella precursora en fotos de pre-explosión tomadas en 2007. La supernova, catalogada como SN 2017ein, apareció cerca del centro de la cercana galaxia espiral NGC 3938, ubicada aproximadamente 65 millones años luz de distancia. 

Este descubrimiento podría proporcionar información importante sobre la evolución estelar, incluida la forma en que las masas de estrellas se distribuyen cuando nacen en lotes. 

"Encontrar un progenitor genuino de una supernova Ic es un gran premio de búsqueda de progenitores", dijo Schuyler Van Dyk, del Instituto de Tecnología de California (Caltech) en Pasadena, investigador principal de uno de los equipos. "Ahora tenemos por primera vez un objeto candidato claramente detectado". 

El artículo de su equipo se publicó en junio en The Astrophysical Journal. 

Un segundo equipo dirigido por Charles Kilpatrick de la Universidad de California, Santa Cruz, también observó la supernova en junio de 2017 en imágenes infrarrojas, que se capturaron utilizando el potente sistema de óptica adaptativa del Observatorio Keck combinado con su espectrógrafo de imágenes infrarrojas de supresión de OH (OSIRIS). El equipo de Kilpatrick luego analizó las mismas fotos de archivo del Hubble que el equipo de Van Dyk para descubrir la posible fuente. Un análisis de los colores del objeto muestra que es azul y extremadamente caliente. 

"Esta supernova ocurrió en una parte atestada de su galaxia anfitriona. Cuando observamos una imagen del Telescopio Espacial Hubble antes de la explosión, las estrellas parecían muy juntas", dijo Kilpatrick. "Este descubrimiento solo fue posible porque pudimos usar el Observatorio Keck para identificar la ubicación de la supernova en su galaxia anfitriona. La imagen de muy alta resolución de Keck nos permitió determinar con un alto grado de precisión exactamente dónde ocurrió la explosión. Esta ubicación ocurrió justo encima de un objeto único, muy azul y luminoso en la imagen del Hubble anterior a la explosión ". 

Esta imagen del Telescopio Espacial Hubble de la NASA de la cercana galaxia espiral NGC 3938 muestra la ubicación de la supernova 2017ein, en un brazo espiral cerca del núcleo brillante. La estrella explotada es una supernova tipo Ic, que se piensa que detona después de que su estrella masiva se haya desprendido o se haya despojado de sus capas externas de hidrógeno y helio. Las estrellas progenitoras para escribir supernovas Ic han sido difíciles de encontrar. Pero los astrónomos que examinan las imágenes de archivo del Hubble pueden haber descubierto la estrella que detonó como supernova 2017ein. La ubicación de la estrella progenitora candidata se muestra en el cuadro desplegable en la parte inferior izquierda, tomada en 2007. El objeto brillante en el cuadro en la parte inferior derecha es una imagen de cerca de la supernova, tomada por Hubble en 2017, poco después de la explosión estelar. NGC 3938 reside a 65 millones de años luz de distancia en la constelación de la Osa Mayor. La imagen del Hubble de NGC 3938 se tomó en 2007. Crédito: NASA / ESA / S. VAN DYK (CALTECH) / W. LI (UNIVERSIDAD DE CALIFORNIA)

"Tuvimos la suerte de que la supernova estaba cerca y era muy brillante, alrededor de 5 a 10 veces más brillante que otras supernovas tipo Ic, lo que pudo haber facilitado la búsqueda del progenitor", dijo Kilpatrick. "Los astrónomos han observado muchas supernovas tipo Ic, pero todas están demasiado lejos para que el Hubble las resuelva. Necesitas una de estas estrellas masivas y brillantes en una galaxia cercana para salir. Parece que la mayoría de las supernovas tipo Ic son menos masivas y por lo tanto menos brillante, y esa es la razón por la que no hemos podido encontrarlos ". 

Debido a que el objeto es azul y excepcionalmente caliente, ambos equipos sugieren dos posibilidades para la identidad de la fuente. El progenitor podría ser una estrella fuerte entre 45 y 55 veces más masiva que nuestro Sol. 

Otra idea es que podría haber sido un sistema masivo de estrellas binarias en el que una de las estrellas pesa entre 60 y 80 masas solares y la otra aproximadamente 48 soles. En este último escenario, las estrellas están orbitando estrechamente e interactúan entre sí. La estrella más masiva es despojada de sus capas de hidrógeno y helio por el compañero cercano, y eventualmente explota como una supernova. 

La posibilidad de un sistema masivo de doble estrella es una sorpresa. "Esto no es lo que esperaríamos de los modelos actuales, que requieren sistemas de progenitores binarios de interacción de menor masa", dijo Van Dyk. 

Las expectativas sobre la identidad de los progenitores de supernovas tipo Ic han sido un enigma. Los astrónomos sabían que las supernovas eran deficientes en hidrógeno y helio, e inicialmente propusieron que algunas estrellas fuertes arrojaran este material en un fuerte viento (una corriente de partículas cargadas) antes de que explotaran. 

Cuando no encontraron las estrellas progenitoras, que deberían haber sido extremadamente masivas y brillantes, sugirieron un segundo método para producir las estrellas en explosión que involucran un par de estrellas binarias de baja masa en órbita cercana. En este escenario, la estrella más alta es despojada de su hidrógeno y helio por su compañero. Pero la estrella "despojada" todavía es lo suficientemente masiva como para explotar eventualmente como una supernova tipo Ic. 

"Desentrañar estos dos escenarios para producir supernovas tipo Ic afecta nuestra comprensión de la evolución estelar y la formación de estrellas, incluso cómo se distribuyen las masas de estrellas cuando nacen, y cuántas estrellas se forman en sistemas binarios que interactúan", explicó Ori Fox del Space Telescope Science Institute (STScI) en Baltimore, Maryland, miembro del equipo de Van Dyk. "Y esas son preguntas que no solo los astrónomos que estudian supernovas quieren saber, sino que todos los astrónomos buscan". 

Las supernovas tipo Ic son solo una clase de estrella explosiva. Ellas representan el 21 por ciento de las estrellas masivas que explotan desde el colapso de sus núcleos. 

Los equipos advierten que no podrán confirmar la identidad de la fuente hasta que la supernova desaparezca en aproximadamente dos años. Los astrónomos esperan usar el Hubble o el próximo Telescopio Espacial James Webb de la NASA para ver si la estrella progenitora candidata ha desaparecido o se ha atenuado significativamente. También podrán separar la luz de la supernova de la de las estrellas en su entorno para calcular una medición más precisa del brillo y la masa del objeto. 

Fuente: W. M. Keck Observatory,