Los astrónomos encuentran evidencias de una estrella "desordenada" que hizo que su compañera se convirtiera en supernova

En 2017, 686 días después de la explosión inicial, el Telescopio Espacial Hubble registró una emisión ultravioleta (círculo azul) de SN 2015cp, que fue causada por material de supernova que impacta material rico en hidrógeno que una estrella compañera arrojó previamente. Los círculos amarillos indican ataques de rayos cósmicos, que no están relacionados con la supernova. NASA / Telescopio Espacial Hubble / Graham et al. 2019

Muchas estrellas explotan como supernovas luminosas cuando, hinchadas por la edad, se quedan sin combustible para la fusión nuclear. Pero algunas estrellas pueden convertirse en supernovas simplemente porque tienen una estrella compañera cercana y molesta que, un día, perturba a su compañero tanto que explota. 

Estos últimos eventos pueden ocurrir en sistemas estelares binarios, donde dos estrellas intentan compartir el dominio. Mientras que la estrella en explosión emite mucha evidencia sobre su identidad, los astrónomos deben realizar un trabajo de detective para aprender sobre el compañero errante que desencadenó la explosión. 

El 10 de enero, en la reunión de la Sociedad Astronómica Americana de 2019 en Seattle, un equipo internacional de astrónomos anunció que identificó el tipo de estrella compañera que hizo que su socio en un sistema binario, una estrella enana blanca de carbono y oxígeno, explotara. A través de observaciones repetidas de SN 2015cp, una supernova a 545 millones de años luz de distancia, el equipo detectó restos ricos en hidrógeno que la estrella compañera había arrojado antes de la explosión. 

Una imagen compuesta de rayos X / infrarrojos de G299, un remanente de supernova Tipo Ia en la Galaxia de la Vía Láctea a aproximadamente 16,000 años luz de distancia. NASA / Observatorio de rayos X Chandra / Universidad de Texas / 2MASS / Universidad de Massachusetts / Caltech / NSF

"La presencia de restos significa que la compañera era una estrella gigante roja o una estrella similar que, antes de convertir a su compañera en una supernova, había arrojado grandes cantidades de material", dijo la astrónoma Melissa Graham de la Universidad de Washington, quien presentó el descubrimiento. El autor principal del artículo que lo acompaña, aceptado para su publicación en The Astrophysical Journal. 

El material de la supernova se estrelló contra estos restos estelar al 10 por ciento de la velocidad de la luz, haciendo que brillara con luz ultravioleta que fue detectada por el Telescopio Espacial Hubble y otros observatorios casi dos años después de la explosión inicial. Al buscar evidencia de impactos de restos meses o años después de una supernova en un sistema estelar binario, el equipo cree que los astrónomos podrían determinar si el compañero había sido una gigante roja desordenada o una estrella relativamente limpia y ordenada. 

El equipo hizo este descubrimiento como parte de un estudio más amplio de un tipo particular de supernova conocida como supernova Tipo Ia. Estas ocurren cuando una estrella enana blanca de carbono-oxígeno explota repentinamente debido a la actividad de un compañero binario. Las enanas blancas de carbono-oxígeno son pequeñas, densas y, para las estrellas, bastante estables. Se forman a partir de los núcleos colapsados ​​de estrellas más grandes y, si no se las perturba, pueden persistir durante miles de millones de años. 

Las supernovas de tipo Ia se han utilizado para estudios cosmológicos porque su luminosidad constante las convierte en ideales "faros cósmicos", según Graham. Se han utilizado para estimar la tasa de expansión del universo y sirvieron como evidencia indirecta de la existencia de energía oscura. 

Una imagen de SN 1994D (abajo a la izquierda), una supernova de Tipo Ia detectada en 1994 en el borde de la galaxia NGC 4526 (centro). NASA / ESA / The Hubble Key Project Team / The High-Z Supernova Search Team

Sin embargo, los científicos no están seguros de qué tipo de estrellas compañeras podrían desencadenar un evento de Tipo Ia. Numerosas pruebas indican que, para la mayoría de las supernovas de Tipo Ia, la compañera probablemente era otra enana blanca de carbono-oxígeno, que no dejaría residuos ricos en hidrógeno a raíz de ello. Sin embargo, los modelos teóricos han demostrado que las estrellas como las gigantes rojas también podrían desencadenar una supernova Tipo Ia, que podría dejar restos ricos en hidrógeno que serían golpeados por la explosión. De las miles de supernovas de Tipo Ia estudiadas hasta la fecha, solo una pequeña fracción se observó más tarde impactando en el material rico en hidrógeno desprendido por una estrella compañera. Las observaciones previas de al menos dos supernovas de Tipo Ia detectaron residuos brillantes meses después de la explosión. Pero los científicos no estaban seguros si esos eventos eran sucesos aislados, 

"Toda la ciencia hasta la fecha que se ha hecho utilizando supernovas de Tipo Ia, incluida la investigación sobre la energía oscura y la expansión del universo, se basa en el supuesto de que sabemos razonablemente bien qué son estos 'faros cósmicos' y cómo funcionan", dijo Graham. "Es muy importante comprender cómo se desencadenan estos eventos y si solo se debe usar un subconjunto de eventos de Tipo Ia para ciertos estudios de cosmología". 

El equipo utilizó las observaciones del Telescopio Espacial Hubble para buscar emisiones ultravioletas de 70 supernovas Tipo Ia aproximadamente uno a tres años después de la explosión inicial. 

"Al observar años después del evento inicial, estábamos buscando signos de material en shock que contenía hidrógeno, lo que indicaría que el compañero era algo más que otra enana blanca con carbono y oxígeno", dijo Graham. 

En el caso de SN 2015cp, una supernova detectada por primera vez en 2015, los científicos encontraron lo que estaban buscando. En 2017, 686 días después de la explosión de la supernova, el Hubble detectó un resplandor ultravioleta de restos. Estos estaban lejos de la fuente de la supernova: al menos 100 mil millones de kilómetros, o 62 mil millones de millas de distancia. Para referencia, la órbita de Plutón está a un máximo de 7,4 billones de kilómetros de nuestro sol. 

Al comparar SN 2015cp con las otras supernovas de Tipo Ia en su investigación, los investigadores estiman que no más del 6 por ciento de las supernovas de Tipo Ia tienen una compañera de este tipo. Las observaciones repetidas y detalladas de otros eventos de Tipo Ia ayudarían a consolidar estas estimaciones, dijo Graham. 

El Telescopio Espacial Hubble fue esencial para detectar la firma ultravioleta de los restos de la estrella compañera para el SN 2015cp. En el otoño de 2017, los investigadores organizaron observaciones adicionales de SN 2015cp por parte del Observatorio WM Keck en Hawái, el Karl G. Jansky Very Large Array en Nuevo México, el Very Large Telescope del Observatorio Europeo Austral y el Observatorio Swift Neil Gehrels de la NASA , entre otros otros. Estos datos demostraron ser cruciales para confirmar la presencia de hidrógeno y se presentan en un documento complementario dirigido por Chelsea Harris, investigadora asociada de la Universidad Estatal de Michigan. 

"El descubrimiento y seguimiento de la emisión de SN 2015cp realmente demuestra cómo se necesitan muchos astrónomos y una amplia variedad de tipos de telescopios, que trabajan juntos para comprender los fenómenos cósmicos transitorios", dijo Graham. "También es un ejemplo perfecto del papel de la serendipia en los estudios astronómicos: si Hubble hubiera visto el SN 2015cp solo uno o dos meses después, no habríamos visto nada". 

Graham también es miembro principal del Instituto DIRAC de la Universidad de Wisconsin y analista científico del Telescopio de Levantamiento Sinóptico Grande o LSST. 

"En el futuro, como parte de sus observaciones programadas regularmente, el LSST detectará automáticamente las emisiones ópticas similares a la SN 2015cp - del hidrógeno afectado por el material de las supernovas de Tipo Ia", dijo Graham. "¡Va a hacer mi trabajo mucho más fácil!" 

Los co-autores son Harris; Peter Nugent en la Universidad de California, Berkeley y el Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley; Kate Maguire en Queen's University Belfast; Mark Sullivan y Mathew Smith en la Universidad de Southampton; Stefano Valenti en la Universidad de California, Davis; Ariel Goobar en la Universidad de Estocolmo; Ori Fox en el Instituto de Ciencia del Telescopio Espacial; Ken Shen, Tom Brink y Alex Filippenko en la Universidad de California, Berkeley; Patrick Kelly en la Universidad de Minnesota; y Curtis McCully en la Universidad de California, Santa Bárbara y el Observatorio Las Cumbres. La investigación fue financiada por la National Science Foundation, la NASA, el Consejo Europeo de Investigación y el Consejo de Instalaciones de Ciencia y Tecnología del Reino Unido. 

Fuente: Universidad de Washington,