El venerable Telescopio Espacial Hubble nos ha dado mucho durante la historia de su servicio (32 años, siete meses, seis días y contando). Incluso después de todos estos años, el versátil y sofisticado observatorio sigue haciendo su parte junto con las incorporaciones más recientes, como el Telescopio Espacial James Webb (JWST) y otros miembros de la familia de Grandes Observatorios de la NASA. Además de cómo todavía está realizando campañas de observación, los astrónomos y astrofísicos están revisando los volúmenes de datos que Hubble acumuló a lo largo de los años para encontrar aún más gemas ocultas.
Un equipo dirigido por Caltech realizó recientemente algunos hallazgos muy interesantes en los archivos del Hubble, donde observaron los sitios de seis supernovas para aprender más sobre sus estrellas progenitoras. Sus observaciones fueron parte del programa Instantánea del Telescopio Espacial Hubble, donde los astrónomos usan imágenes HST para trazar el ciclo de vida y la evolución de estrellas, galaxias y otros objetos celestes. A partir de esto, pudieron imponer restricciones sobre el tamaño, la masa y otras características clave de las estrellas progenitoras y lo que experimentaron antes del colapso del núcleo.
El equipo fue dirigido por el Dr. Schuyler D. Van Dyk, científico investigador sénior del Centro de análisis y procesamiento de infrarrojos (IPAC) de Caltech. Sus compañeros de equipo incluyeron investigadores de la Universidad de California, Berkeley, el Instituto de Ciencias del Telescopio Espacial, el Observatorio Steward de la Universidad de Arizona, el Instituto de Astronomía de la Universidad de Hawái y la Escuela de Física y Astronomía de la Universidad de Minnesota. Sus hallazgos se publicaron en un artículo titulado “La desaparición de seis progenitores de supernova” que aparecerá en los Avisos mensuales de la Royal Astronomical Society.
Como indican en su artículo, los objetivos de su estudio fueron todas las supernovas cercanas al colapso del núcleo (SNe) que el Hubble tomó imágenes a altas resoluciones espaciales. Las imágenes eran parte del programa Hubble Snapshot, creado por el Instituto de Ciencias del Telescopio Espacial (STScI) para proporcionar una gran muestra de imágenes para varios objetivos. Cada objetivo se observa en una sola órbita del Hubble alrededor de la Tierra entre otros programas de observación, lo que permite un grado de flexibilidad que no es posible con otros observatorios.
Para su estudio, Van Dyk y sus colegas examinaron imágenes de seis supernovas extragalácticas antes y después de que explotaran, denominadas SN 2012A, SN 2013ej, SN 2016gkg, SN 2017eaw, SN 2018zd y SN 2018aoq. Con objetivos extragalácticos, los astrónomos tienen dificultades para saber si las estrellas que identificaron fueron los progenitores de la supernova, dada la distancia involucrada. Como Van Dyk al universo Hoy por correo electrónico, la única forma de estar seguro es esperar a que la supernova se atenúe y luego confirmar que la estrella progenitora ha desaparecido:
“Dado que la explosión de supernova es tan luminosa, tenemos que esperar varios años hasta que se haya desvanecido lo suficiente como para que sea menos luminosa que el progenitor. En algunos de los casos que mostramos en nuestro artículo, no hay duda de que la La estrella que estaba allí antes de la explosión ahora se ha ido. En los otros casos, estamos razonablemente seguros, pero la supernova todavía es detectable y es lo suficientemente débil como para que podamos inferir que el progenitor se ha desvanecido”.
En un estudio anterior, Van Dyk y varios colegas coautores de este estudio investigaron otra supernova (iPTF13bvn) cuya estrella progenitora desapareció. En este caso, el equipo de investigación se basó en los datos obtenidos por el Hubble del sitio SN, como parte de la campaña Ultraviolet Ultra Deep Field (UVUDF), aproximadamente 740 días después de que la estrella explotara. En 2013, Van Dyk dirigió un estudio que utilizó imágenes de un programa Snapshot anterior para confirmar que el progenitor de SN 2011dh en la galaxia Whirlpool (Messier 51) había desaparecido.
Estos y otros documentos a lo largo de los años han demostrado que los candidatos a progenitores pueden identificarse directamente a partir de imágenes previas a la explosión. En este estudio más reciente, Van Dyk y sus colegas observaron supernovas en las últimas etapas de su evolución para saber qué mecanismos las impulsan. En muchos casos, el mecanismo es la descomposición de núcleos radiactivos (en particular, níquel, cobalto y hierro radiactivos) que fueron sintetizados por la enorme energía de la explosión. Pero como explicó, sospechaban que podrían estar involucrados otros mecanismos:
“Sin embargo, tenemos indicios de que algunas supernovas inevitablemente tienen fuentes de energía adicionales; una posibilidad es que la luz de la supernova haya sido dispersada por el polvo interestelar inmediatamente después de la explosión, en forma de un ‘eco de luz’; otra posibilidad más probable es que la onda de choque asociada con la explosión está interactuando con el gas que fue depositado alrededor de la estrella progenitora por la propia estrella durante el curso de la vida de la estrella, en forma de viento o estallido, es decir, materia circunestelar. a través e interactuar con esta materia circunestelar puede dar como resultado una energía luminosa que puede persistir durante años, incluso durante décadas”.
En resumen, el equipo estaba tratando de estimar cuántas de las supernovas que observaron evolucionaron a través de la desintegración radiactiva frente a mecanismos de energía más exóticos. Sus resultados mostraron que SN 2012A, SN 2018zd y SN 2018aoq se habían desvanecido hasta el punto en que ya no eran detectables en las imágenes de Hubble Snapshot, mientras que SN 2013ej, SN 2016gkg y SN 2017eaw se habían desvanecido lo suficiente. Por lo tanto, pudieron inferir en los seis casos que los progenitores habían desaparecido. Sin embargo, no todos fueron el resultado del colapso del núcleo de una sola estrella masiva.
En el caso de SN 2016gkg, las imágenes adquiridas por la Wide Field Camera 3 (WFC3) del Hubble tenían una resolución espacial y una sensibilidad mucho más altas que las imágenes de la galaxia anfitriona, tomadas anteriormente por la ahora retirada WFC2. Esto les permitió teorizar que SN 2016gkg no fue el resultado de una supernova con colapso de un solo núcleo, sino una estrella progenitora que interactuó con una estrella vecina.
Dijo Van Dyk: “Entonces, en la imagen anterior, el progenitor parecía una ‘estrella’, mientras que en las nuevas imágenes pudimos ver que el progenitor tenía que haber sido espacialmente distinto de la estrella vecina. Por lo tanto, pudimos obtener una mejor estimación de la luminosidad y el color del progenitor, ahora no contaminado por el vecino, y de eso, pudimos hacer algunas inferencias nuevas sobre las propiedades generales del progenitor, o, en este caso, el sistema progenitor, ya que caracterizamos el nuevos resultados utilizando modelos existentes de sistemas estelares binarios”.
Específicamente, determinaron que el progenitor pertenecía a la clase de supernovas de “envoltura despojada” (SESNe), en las que la envoltura exterior rica en hidrógeno H de la estrella progenitora se ha eliminado de manera significativa o total. Además, estimaron que el progenitor era el primario y su compañero probablemente era una estrella de secuencia principal. Incluso impusieron restricciones a sus respectivas masas antes de la explosión (4,6 y 17-20,5 masas solares, respectivamente).
Después de consultar imágenes tomadas al mismo tiempo por otro programa Snapshot, también notaron algo interesante sobre SN 2017eaw. Estas imágenes indicaron que esta supernova era especialmente luminosa en la banda ultravioleta (un “exceso ultravioleta”). Al combinar estas imágenes con sus datos, Van Dyk y su equipo especularon que SN 2017eaw tenía un exceso de luz UV en el momento en que se observó, lo que probablemente fue causado por la interacción entre el choque de supernova y el medio circunestelar alrededor de ese progenitor.
El equipo también notó que el polvo creado por una explosión de supernova es un factor de complicación debido a cómo se enfría a medida que se expande hacia afuera. Este polvo, dijo Van Dyk, puede oscurecer la luz de fuentes distantes y provocar complicaciones con las observaciones.
“La advertencia aquí, entonces, es que la estrella que vimos antes de la explosión podría no ser la progenitora en absoluto, por ejemplo y, nuevamente, debido a las distancias a las galaxias anfitrionas, esa estrella está dentro de fracciones de un píxel de la progenitor real (físicamente, en la vecindad inmediata del progenitor), de modo que, si la supernova ha producido polvo, ese polvo cubre efectivamente tanto a la supernova como a la estrella vecina. Esto es posible, pero no excesivamente probable. Y se convierte en un Un argumento más difícil de presentar en esos pocos casos en los que no se ve nada en la posición de la supernova años después; como señalamos en el documento, eso requeriría enormes cantidades de polvo, lo que probablemente no sea físicamente posible”.
Rastrear los orígenes de las supernovas es una de las muchas formas en que los astrónomos pueden aprender más sobre el ciclo de vida de las estrellas. Con instrumentos mejorados, recopilación de datos y flexibilidad, pueden revelar más sobre cómo evolucionó nuestro universo y cómo seguirá cambiando con el tiempo.
Con información de la Universidad de Cornell
