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La supernova más brillante jamás vista lleva los modelos teóricos al límite

Anonim

Los investigadores han descubierto la supernova más brillante jamás vista, y el objeto inusual que la impulsa podría desafiar lo que los físicos saben acerca de las estrellas moribundas.

Cuando las estrellas masivas mueren, no entran suavemente en la noche. En su lugar, expulsan la mayor parte de su masa hacia el exterior en una poderosa explosión llamada supernova, dejando atrás una nube brillante de gas y los restos colapsados ​​del núcleo de la antigua estrella. En junio de 2015, apareció una supernova en el cielo sobre el hemisferio sur, y los astrónomos creen que podría marcar la agonía de una estrella muy inusual.

La supernova, llamada ASASSN-15lh, era 20 veces más brillante en su apogeo que la luz combinada de los 100 mil millones de estrellas de la galaxia Vía Láctea, lo que la convierte en la supernova más brillante que se haya observado. De hecho, es el doble de brillante que el anterior récord.

Alimentando una supernova superluminosa

Una estrella en explosión libera una tremenda cantidad de energía, pero no es suficiente para alimentar algo tan brillante como ASASSN-15lh. En cambio, un equipo de astrónomos liderados por el Instituto Kavli de Subo Dong of China dicen que la supernova superluminosa podría estar obteniendo su energía de un objeto inusual llamado magnetar. Publicaron sus hallazgos hoy en la revista Science .

Cuando una estrella muere, su masa colapsa en el núcleo. Gran parte de esto se desvanece en una explosión aproximadamente un segundo después, pero lo que queda es una masa muy densa de neutrones llamada estrella de neutrones. De vez en cuando, una estrella de neutrones nace con un campo magnético más fuerte de lo normal (alrededor de 10 billones de veces más fuerte que el campo magnético de la Tierra) y los astrónomos llaman a estos objetos magnetares.

Los astrónomos han encontrado magnetares en el centro de los restos de supernova aquí en la Vía Láctea, pero no se parecen en nada a los magnetar de giro rápido en el corazón de ASASSN-15lh. La mayoría de los magnetares giran lentamente, una vez cada uno a diez segundos, y no liberan mucha energía en la supernova circundante. Pero Dong y sus colegas creen que el magnetar en el corazón de ASASSN-15lh está girando mil veces por segundo. Eso está justo en el límite de la rapidez con que los físicos teóricos creen que un magnetar puede girar.

La energía de esa rotación rápida es el motor que alimenta la supernova. "A medida que disminuye la velocidad, y gira más y más lento y más lento, lo que está sucediendo es que está perdiendo su energía de rotación", explicó el coautor Todd Thompson, de la Universidad Estatal de Ohio. "Está volando en este gran viento energizado que luego golpea a la supernova y la hace más brillante para nosotros".

Para producir una supernova tan brillante como ASASSN-15lh, casi toda la energía del magnetar tiene que convertirse en luz. Ese tipo de eficiencia es técnicamente posible pero muy raro, y empuja los límites de cómo funcionan los magnetares, tal como los conocemos.

"Tienes que tomar un magnetar de giro muy rápido y luego extraer toda la energía de este para potenciar lo que hemos estado viendo en este caso", dice el coautor Kris Stanek, también de la Universidad Estatal de Ohio.

El equipo dice que es un escenario extremo que está justo al borde de lo que los físicos consideran posible para un magnetar, pero también dicen que es la explicación más plausible para el brillo sin precedentes de ASASSN-15lh.

Una estrella inusual

La estrella que explotó para producir ASASSN-15lh habría sido una estrella masiva, azul y caliente, girando rápidamente. Debió haber arrojado sus capas externas de hidrógeno y helio poco antes de morir, porque esos elementos están ausentes de la supernova. Varios telescopios de todo el mundo han estudiado el espectro de la supernova, la presencia o ausencia de diferentes longitudes de onda de la luz, que pueden indicar a los físicos qué elementos están presentes en la nube de gas.

Puede haber sido un tipo de estrella masiva llamada estrella de Wolf-Rayet, aunque los astrónomos todavía no pueden decir con seguridad. “Son estrellas que no tienen hidrógeno ni helio, y muchas de ellas giran rápidamente, se llaman estrellas Wolf-Rayet. Yo diría que no es imposible que esté relacionado de alguna manera con ese tipo de estrellas, porque vemos ese tipo de estrellas alrededor, y cumplen con los requisitos que acabo de darte: raro, sin hidrógeno o helio, masivo, y al menos una fracción de ellos están girando rápidamente ".

Un proyecto colaborativo

Debido a que ASASSN-15lh está a una distancia de 3.8 a 4 mil millones de años luz, los observadores aquí en la Tierra están viendo el fantasma de una explosión que ocurrió hace miles de millones de años, mientras nuestro planeta todavía estaba en proceso de enfriamiento.

La luz de esa explosión lejana, hace mucho tiempo, llegó a la Tierra en junio de 2015, donde fue notada por primera vez por un par de telescopios en Chile, parte de la Encuesta Automática de SuperNova, o ASAS-SN, todo el cielo, más bien pronunciado " Assassin. ”ASASSN-15lh es una de las 180 supernovas descubiertas por ASAS-SN en 2015, y una de las 270 descubiertas por el proyecto desde su inicio hace dos años.

"Esta historia en particular es un ejemplo extremo de algo, y estoy muy feliz de haberlo encontrado", dice Stanek. "La gente ha estado estudiando supernovas durante muchas décadas, y nuestro proyecto tiene solo dos años, y sin embargo, durante estos dos años, pudimos encontrar ese objeto, lo que representa un desafío para todos los que están trabajando en supernovas".

El estudio de la nueva supernova se convirtió rápidamente en un esfuerzo de colaboración, ya que los telescopios más grandes en Chile y Sudáfrica, e incluso el telescopio espacial Swift de la NASA, se unieron para confirmar el hallazgo y tomar imágenes y espectros de mayor resolución. En febrero de 2016, el Telescopio Espacial Hubble reunirá imágenes de ASASSN-15lh para ayudar al equipo a determinar qué tan cerca está la supernova del centro de su galaxia. Si está en el núcleo galáctico, los astrónomos deben considerar otra explicación para el brillo de ASASSN-15lh, una que involucre la interacción de una estrella con un agujero negro supermasivo. Stanek y Thompson dicen que es un escenario poco probable, pero vale la pena investigar.

Viendo una supernova desvanecerse

Las supernovas son lo que los astrónomos llaman eventos transitorios; explotan, y luego se desvanecen lentamente.

"Lo más importante será obtener su espectro a medida que se desvanece, porque a medida que se desvanece, se vuelve más frío y más grande, y su luminosidad está disminuyendo", dice Thomspon. “A medida que se enfría, se vuelve menos luminosa, se hace cada vez más difícil de ver, pero también significa que se puede ver mejor a través de ella; se vuelve más transparente ".

Eso les da a los astrónomos la oportunidad de estudiar las capas internas de la supernova, no solo su borde exterior.

"Por lo general, estas cosas se encuentran aún más lejos, por lo que en este caso es mucho más difícil obtener buenos datos. Así que estamos obteniendo la mejor información posible ", dice Stanek.

Thompson y Stanek esperan que su descubrimiento empuje a los físicos teóricos a reevaluar sus modelos actuales de formación magnetar y buscar explicaciones alternativas para ASASSN-15lh.

"Como teórico que trabaja en este tipo de temas, se vuelve interesante cuando los eventos extremos desafían la sabiduría convencional", dijo Thompson. "Muchas veces, es cuando realmente puedes llevar las ideas teóricas y los modelos teóricos al límite".

Mientras tanto, Stanek dice que ASAS-SN seguirá explorando el cielo en busca de otros objetos nuevos interesantes. "Este enfoque de realmente solo observar un cielo entero con la mayor frecuencia posible, está funcionando", dijo.

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