La supernova que destruyó su estrella

Los astrónomos han descubierto un ejemplo real y sin precedentes de un tipo de supernova que hasta ahora era en gran medida teórica, una explosión estelar que no deja nada atrás.

Concepto del artista de la supernova de inestabilidad de pares SN 2016iet.
Observatorio Géminis / NSF / AURA / ilustración por Joy Pollard

En el universo primitivo, las estrellas con cien veces la masa del Sol eran comunes. Probablemente se formaron de una manera diferente a las estrellas hoy en día y también murieron de una manera diferente. Las supernovas de hoy en día dejan una estrella de neutrones remanente o un agujero negro rodeado de briznas de restos estelares. Pero esas primeras estrellas masivas terminaron sus vidas en la aniquilación total.

Al menos en teoría. Ahora, los astrónomos piensan que han descubierto un ejemplo real de una detonación estelar tan masiva. Sebastian Gomez (Centro de Astrofísica, Harvard y Smithsonian) y sus colegas informan observaciones de la supernova designada SN 2016iet en el 20 de agosto Astrophysical Journal (preimpresión completa disponible aquí), y argumentan que es la primera supernova de inestabilidad de pares de buena fe. .

Starkiller

Cuando una estrella masiva típica se queda sin combustible para quemarse, su núcleo se derrumba en algo mucho más pequeño y más estable: una estrella de neutrones o un agujero negro. Este objeto denso permanece mucho tiempo después de que la onda de choque inversa que se desencadena ha pasado a través de las capas externas de la estrella, provocando una tremenda explosión.

Pero cuando una estrella tiene la masa de varias docenas de soles, la teoría dice que la explosión se produce de manera un poco diferente. El núcleo se calienta hasta tal punto que forma electrones y sus compañeros de antimateria, los positrones. A diferencia de los neutrones en una estrella de neutrones, los pares electrón-positrón no tienen ninguna forma de soportar el núcleo contra la gravedad. En cambio, la estrella sigue colapsando. Pero antes de que pueda desaparecer en la singularidad de un agujero negro, la masa de la estrella en su lugar enciende una fusión desbocada que detona toda la estrella. Esto es lo que los astrónomos llaman una supernova de inestabilidad de pares.

Pero hasta ahora, ha sido una idea en gran medida teórica. Se han observado algunos candidatos, algunos de los cuales hemos informado anteriormente, como 2007bi y ASASSN-15lh. Pero los astrónomos no pudieron obtener suficiente información sobre la masa previa a la explosión de esas estrellas y otras propiedades.

Lejos de casa

SN 2016iet es diferente. Los astrónomos pudieron recopilar observaciones inmediatas cuando un sistema automatizado descubrió la supernova en las imágenes de Gaia. Las observaciones automatizadas de la Encuesta transitoria en tiempo real de Catalina y la Encuesta Pan-STARRS para transitorios también detectaron la supernova en enero de 2017 y marzo de 2017, respectivamente.

Estas observaciones ya demostraron que la explosión probablemente no había dejado ningún remanente. También mostraron que la estrella explotada estaba aislada, a unos increíbles 54, 000 años luz de su diminuta galaxia enana. Intrigado, el equipo siguió tomando espectros de la supernova en abril de 2017 a través del telescopio Magellan Baade de 6.5 metros en Chile, así como a través de varios otros telescopios terrestres en los próximos años.

La imagen de descubrimiento (derecha) muestra SN 2016iet y su galaxia anfitriona más probable. Fue tomada con el Espectrógrafo de Encuesta de Baja Dispersión en el telescopio Magellan Clay de 6.5 m en el Observatorio Las Campanas el 9 de julio de 2018.

El espectro inicial no mostraba hidrógeno, por lo que los astrónomos clasificaron la supernova como un Tipo I. También midieron su distancia, mostrando que su luz había viajado casi mil millones de años luz a la Tierra. Pero las propiedades del objeto no se ajustan a ninguna otra clasificación más detallada; de hecho, no se parece a ninguna otra supernova conocida, punto.

"Cuando nos dimos cuenta por primera vez de lo inusual que es SN 2016iet, mi reacción fue 'Vaya, ¿algo salió mal con nuestros datos?'", Dice Gómez.

Los astrónomos tomaron imágenes a través de múltiples telescopios terrestres, siguiendo la luz de la supernova a medida que se desvanecía. Esta curva de luz fue crucial para probar varias explicaciones de la explosión. El equipo concluye que antes de que explotara, la fuerte estrella tenía una masa de entre 55 y 120 soles, aunque probablemente nació con 200 veces la masa del Sol. Aunque probablemente perdió algunas de sus capas externas a lo largo de su vida útil, aproximadamente una década antes de que se volviera kablooey, la estrella podría haber comenzado a arrojar masa a una tasa más alta, aproximadamente tres masas solares por año.

Además, el entorno alrededor de la estrella destruida no tiene muchos elementos más pesados ​​que el hidrógeno y el helio (en otras palabras, tiene una baja metalicidad). Eso sugiere que la estrella nació y murió en un área relativamente virgen que no había cambiado mucho desde el Big Bang. En otras palabras, tanto en su masa como en su entorno, la estrella era similar a las primeras estrellas del universo, y eso la coloca en el rango correcto de supernovas de inestabilidad de pares.

"Esta es la primera [supernova] para la cual podemos medir la masa y la metalicidad del progenitor, y ver que son consistentes con las expectativas teóricas", dice Gómez.

"La idea de las supernovas de inestabilidad de pares ha existido durante décadas", agrega el coautor Edo Berger (Universidad de Harvard). "Pero finalmente tener el primer ejemplo de observación que coloca a una estrella moribunda en el régimen de masas correcto, con el comportamiento correcto y en una galaxia enana pobre en metales, es un increíble paso adelante".