La supernova más antigua y remota

 Galaxia con la Supernova Wilson | NASA/ESA/Z. Levay

El astrónomo Rafael Bachiller nos descubre en esta serie los fenómenos más espectaculares del Cosmos. Temas de palpitante investigación, aventuras astronómicas y novedades científicas sobre el Universo analizadas en profundidad.

El veterano telescopio espacial Hubble acaba de batir un nuevo récord al observar una supernova que explotó hace unos 10.000 millones de años, cuando el Universo apenas había alcanzado el 30 % de su edad actual. Esta supernova puede ser útil para discernir entre dos modelos alternativos sobre el origen de estas explosiones cósmicas.

Las explosiones de tipo Ia son tan luminosas que es posible localizarlas (aunque con bajo brillo aparente) en galaxias extremadamente lejanas. Estas supernovas son muy útiles para los astrónomos pues explotan todas con la misma luminosidad intrínseca. La diferencia de brillo aparente observada entre una supernova Ia y otra sólo se debe a la diferencia en las distancias que las separa de nosotros. Así pues, las supernovas Ia juegan en el universo un papel similar al de las balizas que nos indican la posición en una carretera.

Motivado por este gran interés, Adam Reiss y David Jones (Univ. John Hopkins de Baltimore), junto con un equipo de colaboradores, habían emprendido en 2010 un programa de búsqueda de supernovas de tipo Ia con el telescopio espacial Hubble. Su objetivo era descubrir supernovas a distancias progresivamente más lejanas para ver si tales detonaciones eran diferentes a lo largo de la historia del Universo. Para localizarlas utilizaban una cámara sensible en el infrarrojo (Wide Field Camera 3) y, una vez identificadas, utilizaban un espectrógrafo para medir su distancia.

 Imagen de hubblesite.org

Hasta ahora Reiss y Jones han descubierto más de un centenar de supernovas de diferentes tipos y a muy diferentes distancias. De este centenar, tan sólo una decena han resultado ser del tipo Ia. La que se encuentra a mayor distancia de éstas explotó hace unos 10.000 millones de años y es la más lejana de todas las supernovas de tipo Ia conocidas. Esta supernova récord ha sido bautizada Supernova Wilson en honor de Woodrow Wilson, el 28º presidente de los EEUU (en el argot astronómico su nombre completo es ‘SN UDS 10Wil’).

Dos teorías

¿Cómo se forman las supenovas de tipo Ia y a qué deben su luminosidad uniforme? Las estrellas con masa menor que ocho veces la del Sol acaban su vida eyectando una buena parte de sus capas al medio interestelar y dejando un pequeño residuo inerte y muy denso que apenas tiene una masa solar, residuo que se denomina 'estrella enana blanca'. La teoría más tradicional de formación de supernovas de tipo Ia considera una enana blanca que forma un sistema binario junto con una estrella de tipo ‘gigante roja’. El intenso campo gravitatorio de la enana blanca arranca parte de la materia a su estrella compañera (mucho más voluminosa que la primera). Según esta materia se va transfiriendo sobre la superficie de la enana blanca, su masa aumenta y cuando alcanza un valor umbral suficiente (el límite de Chandrasekhar: 1,44 veces la masa del Sol), se produce la explosión termonuclear extremadamente energética que corresponde a una supernova de tipo Ia.

Una segunda teoría, que va ganando fuerza en los últimos años, también considera una enana blanca en un sistema binario, pero esta vez la compañera es otra enana blanca. La colisión entre ambas estrellas es lo que ocasiona la detonación de tipo Ia.

 
La supernova en una binaria con gigante roja | NASA

En ambos casos, la uniformidad en la luminosidad de estas supernovas se debe a que todas estas detonaciones se originan en estrellas enanas blancas cuando alcanzan el mismo valor de esta masa umbral necesario para la explosión. Todas tienen la misma luminosidad porque todas explotan con la misma masa. Naturalmente no se trata de dos teorías excluyentes, resulta plausible que ambos mecanismos puedan coexistir contribuyendo a la formación de estas supernovas.

La detección de la Supernova Wilson permite investigar cuál de estas dos teorías pudo ser más importante en el Universo primitivo. Si el mecanismo dominante fuese el primero (transferencia de masa desde una gigante roja) cabría esperar muchas explosiones similares a la Supernova Wilson, pues grandes cantidades de estrellas (una alta proporción de las observadas hoy) de todos los tipos fueron formadas en esa época del Universo.

Alternativamente, la no observación de muchos casos similares a la supernova Wilson apoyaría la segunda teoría que necesita una gran producción de enanas blancas. La formación de supernovas de tipo Ia comenzaría de manera abrupta en un determinado momento después del Big Bang, cuando los sistemas binarios de enanas blancas empezasen a ser abundantes y los fenómenos de colisión se hiciesen frecuentes.

Los primeros resultados de Reiss y Jones indican que la Supernova Wilson es más bien la excepción que la regla y que las supernovas de tipo Ia empiezan a hacerse frecuentes en un periodo del pasado hace 7.500 millones y 10.000 millones de años. Estos resultados favorecen pues la segunda teoría (la colisión entre enanas blancas) como mecanismo dominante en la formación de explosiones de tipo Ia en ese momento de la historia del Universo. La no observación de este tipo de supernovas en épocas más remotas se comprende bien al considerar que las estrellas eran demasiado jóvenes en ésa época y que, por tanto, no había estrellas enanas blancas disponibles para formar un número apreciable de sistemas binarios.

 
La supernova como colisión entre enanas blancas | NASA/GSFC/D

 También interesante 
 
-Como todas las supernovas Ia tienen la misma luminosidad intrínseca, a partir de su brillo aparente se puede determinar su distancia. Permutter, Riess y Smith localizaron decenas de tales explosiones y dedujeron así cómo se expande el Universo lejano, llegando a la sorprendente conclusión de que la expansión se acelera. Tal aceleración solo puede explicarse si el Universo está dominado por una enigmática energía oscura. Gracias a tales resultados, estos investigadores fueron premiados con el Nobel de Física de 2011.
 
-El previo récord de supernova Ia más lejana lo ostentaba SN SCP-0401, que fue descubierta también mediante observaciones con el Hubble por David Rubin (Laboratorio Nacional Lawrence de Berkeley) hace tan sólo unos tres meses. La Supernova Wilson es apenas un 4% más distante que SCP-0401, pero en términos de la evolución del Universo, esta diferencia supone llevar el récord hacia el pasado unos 350 millones de años adicionales.
 
-El descubrimiento de la Supernova Wilson se describe en el artículo titulado “The Discovery of the Most Distant Known Type Ia Supernova at Redshift 1.914”, que aparecerá en el número del próximo 10 de mayo de la revista The Astrophysical Journal. El manuscrito puede consultarse aquí



Fuentes : El mundo.es (Rafael Bachiller)

Simulaciones digitales para deducir qué ocurre tras una explosión de supernova

Simulación digital de parte del proceso que se pone en marcha con la explosión en forma de supernova de una estrella. (Imagen: Carola Ellinger)

Unos investigadores quieren llenar el vacío existente en el conocimiento entre lo que se sabe acerca de las estrellas en explosión de supernova, y lo que se sabe sobre sus restos miles de años más tarde. A tal fin, están intentando algo nuevo utilizando el SNSPH, un complejo software desarrollado en el Laboratorio Nacional de Los Álamos, en Nuevo México, Estados Unidos.

El equipo de Carola I. Ellinger y Sangwook Park, de la Universidad de Texas en Arlington, ha estado usando dicho software para generar simulaciones en 3D sobre supernovas que están en su fase intermedia de remanentes de la explosión, una fase sobre la que se sabe poco.

Hay infinidad de simulaciones numéricas de explosiones de supernovas y también muchas simulaciones de ondas de choque en el medio interestelar, pero no había ningún trabajo meticuloso que conectara a los dos, aún cuando en la física sí están conectados. Ahora, la labor de Ellinger y Park, así como de Gabriel Rockefeller y Chris Fryer del Laboratorio Nacional de Los Álamos, y Patrick Young de la Universidad Estatal de Arizona, está remediando esa situación.

Ellinger espera que las simulaciones se puedan utilizar para interpretar los datos reunidos por el Telescopio Espacial Chandra de Rayos X, de la NASA, así como en otras misiones, como la del satélite astronómico NuSTAR, lanzado en 2012.

El equipo de investigación utilizó para los cálculos los recursos computacionales del Centro de Computación Avanzada de Texas, en la Universidad de Texas, situada en la ciudad de Austin.

Disponiendo de datos más detallados, los científicos que estudian los remanentes de supernovas en la Vía Láctea son ahora capaces de diferenciar entre los "escombros" que fueron expulsados de la estrella que explotó, también llamada progenitora, y el material preexistente en el espacio interestelar, que fue arrastrado por la onda de choque. Esto da a los investigadores algunos de los parámetros que necesitan para rastrear de manera fiable la historia del remanente.

Información adicional

Fuentes : The University of Texas at Arlington

Una de cada cinco supernovas pasa desapercibida en estudios ópticos

Un grupo internacional de astrónomos, con participación española del Instituto de Astrofísica de Andalucía (IAA-CSIC), ha determinado que una de cada cinco supernovas que estallan en galaxias cercanas pasa desapercibida en los estudios ópticos, una tasa que aumenta hasta cuatro de cada cinco en el caso de las galaxias lejanas. El estudio, publicado en la revista 'The Astrophysical Journal', concuerda con la tasa de formación estelar que manejan los astrónomos y que había sido discutida en trabajos anteriores.

Según han explicado los expertos, las estrellas con más de ocho veces la masa del Sol, conocidas como estrellas masivas, son las componentes fundamentales de la luminosidad estelar global de las galaxias y constituyen una herramienta para comprender cómo y a qué ritmo se forman las estrellas. Sin embargo, su estudio se complica debido al oscurecimiento por el polvo de las regiones centrales de las galaxias, donde se concentra la natalidad estelar.

Una solución a este problema reside en el estudio de una de las últimas etapas de su vida: las explosiones de supernova. En este sentido, el autor principal del trabajo, Seppo Mattila, ha señalado que "el número de estrellas masivas que explotan en forma de supernova debe ser equivalente al de estrellas masivas que nacen". De este modo, el recuento del número de supernovas es un trazador de la tasa de formación de estrellas masivas y puede utilizarse incluso para determinar la tasa total de formación estelar.

Para los científicos se trata de una herramienta necesaria, porque hace algo más de un año se publicaba un estudio que sugería que la tasa de formación estelar a lo largo de la historia del universo era aproximadamente la mitad de la teóricamente esperada.

"Con este trabajo se demuestra que en realidad no hay un problema con la tasa de supernovas ya que cuando se tiene en cuenta el número de supernovas que no pueden detectarse debido a la enorme cantidad de polvo que existe en las regiones centrales de estas galaxias, los números casan muy bien con las predicciones teóricas", ha apuntado el científico del IAA-CSIC, Miguel Ángel Pérez-Torres.

Así, el estudio señala que, para determinar el porcentaje de supernovas "perdidas", hay que considerar los escenarios donde se concentra la formación de estrellas. En el universo cercano tiene lugar, sobre todo, en galaxias normales con alto contenido en polvo, mientras que en el universo lejano se aglutina en un tipo de galaxias específico, las galaxias luminosas y ultraluminosas en el infrarrojo (conocidas como LIRG y ULIRG, por sus nombre en inglés).

De este modo se obtuvieron los porcentajes del 20 y del 80 por ciento de supernovas no observadas. "Se trata de un resultado prometedor", ha comentado Pérez-Torres, quien ha apuntado que "se necesita muestrear un mayor número de LIRGs en el universo local para mejorar la significancia estadística".

El científico español ha señalado que el grupo del IAA-CSIC lidera las observaciones con redes de radiointerferómetros de las muestras de galaxias, una actividad que, según ha señalado, es "fundamental" para tener en cuenta cuantas supernovas no se ven (aunque sí explotan) en las LIRGs.

Fuentes : EUROPA PRESS