Una supernova rápida podría ser una nueva clase de estrella explosiva

Una inusual supernova redescubierta en datos de hace siete años puede ser el primer ejemplo de un nuevo tipo de estrella que explota, posiblemente de un sistema binario, donde el helio fluye de una enana blanca a otra y estalla en una explosión termonuclear.

Impresión artística de un sistema de estrellas AM-CVN, donde las corrientes de helio de una estrella -una enana blanca de helio (superior derecha)-, fluyen en otra, acumulándose en un disco de acreción alrededor de una estrella pequeña, densa primaria. El helio del disco tarde o temprano se cae en la estrella, formando una cáscara que puede terminar por explotar como supernova Tipo .Ia (punto uno A).

En un documento publicado por primera vez en línea el 5 de noviembre en la revista Science Express (Universidad de California, Berkeley) y Lawrence Berkeley National Laboratory (LBNL) el astrónomo Dovi Poznanski y sus colegas describen la explosión, llamada SN 2002bj, y por qué creen que es un nuevo tipo de explosión.
"Esta es la más rápida evolución de una supernova que jamás hemos visto", dijo Poznanski, un post doctorado de la Universidad de Berkeley que recientemente se unió al Centro de Cosmología Computacional de LBNL. "Fue de tres a cuatro veces más rápida que una supernova estándar, básicamente desapareció en 20 días. Su brillo cayó como una roca".

Esta rápida caída, junto con la debilidad de la supernova, la presencia de helio en el espectro de la explosión, la ausencia de hidrógeno, y la posible presencia de vanadio -un elemento no identificado previamente en los espectros de supernovas-, apunta hacia la detonación de helio en una enana blanca enana, dijeron los astrónomos.

"Creemos que este bien puede ser un nuevo mecanismo de explosión física, no sólo una variación menor de las ya conocidas", dijo el co-autor Alex Filippenko, profesor de astronomía de UC Berkeley . "Esta supernova es cualitativamente diferente de la interrupción completa de una enana blanca, conocida como supernova de tipo Ia, o el colapso de un núcleo de hierro y recuperación del material circundante, llamada "supernova de núcleo colapsado".

El co-autor Joshua Bloom, profesor asociado de astronomía en UC de Berkeley, también ve SN 2002bj como una "nueva bestia", muy diferente de las dos clases conocidas de supernovas.

"Hemos visto una gran diversidad en los dos mecanismos principales de supernovas, pero incluso dentro de esa diversidad, observacional, hay una gama limitada de variación espectral y en cómo los acontecimientos evolucionan en el tiempo", dijo. "Este objeto, SN 2002bj, queda fuera de ese rango."

La supernova fue detectada en 2002 en la galaxia NGC 1821, en la constelación de Lepus, por el Katzman Automatic Imaging Telescope (KAIT) de Filippenko en el Observatorio Lick, cerca de San José, así como por astrónomos aficionados. Debido a una serie de circunstancias desafortunadas, la supernova fue erróneamente clasificada por la comunidad astronómica como una supernova común de tipo II y archivada.

La estrella en explosión de SN 2002bj en la galaxia NGC 1821, fue capturada por el KAITen el Observatorio Lick el 28 de febrero de 2002. Usando KAIT, el Observatorio Lick Supernova Search (LOSS) ha encontrado y fotografiado unas 800 supernovas en los últimos 10 años.

En junio, Poznanski se encontró con el espectro, mientras realizaba una búsqueda de supernovas de tipo II que esperaba utilizar como indicadores de distancia para confirmar la expansión acelerada del universo. Al examinar cuidadosamente un espectro de alta calidad de SN 2002bj, se dio cuenta que no era una supernova de tipo II en absoluto, sino un inusual tipo de supernova más parecido a una tipo Ia.
El espectro se había obtenido siete días después de su descubrimiento por Filippenko y Douglas Leonard, en el momento un estudiante graduado de UC Berkeley, ahora profesor asistente de astronomía en la Universidad de San Diego, utilizando el telescopio Keck I.

"Su clasificación fue un error, lo cual es comprensible dadas las condiciones de los datos. Pero, por supuesto, la reparación de los datos antiguos con nuevos ojos no suele ser fructífero," dijo Leonard.

Sacando a continuación imágenes hechas por KAIT, Poznanski y el estudiante graduado de Berkeley Mohan Ganeshalingam encontraron que el brillo de SN 2002bj había caído tan rápidamente que la supernova desapareció 20 días después de su descubrimiento. Una imagen de esa área del cielo tomada siete días antes de su descubrimiento no mostró la supernova, por lo que había brillado y se había desvanecido en menos de 27 días, mientras que la mayoría brillan y se atenuan en unos tres o cuatro meses.

Buscando a través de miles de espectros de supernovas, Poznanski y el estudiante graduado Ryan Chornock -ahora un post-doctorado en la Universidad de Harvard- no pudieron encontrar ninguna que tuviera tal difícil composición, pero lo hicieron venir a través de una teoría de rápidas pero debiles supernovas que parecía encajar .

Propuesta por Lars Bildsten y sus colegas -Bildsten es profesor de física en el Instituto Kavli de Física Teórica de la Universidad de California, Santa Bárbara - la teoría involucra el sistema binario AM Canum Venaticorum (AM CVN), que se compone de dos enanas blancas, una de los cuales está hecha principalmente de helio que está siendo lentamente arrastrado por la gravedad a su compañera. Las enanas blancas son los restos de estrellas que quemaron su hidrógeno a carbono y oxígeno, o, en algunos casos particulares, a helio.

En un documento de 2007 del Astrophysical Journal Letters, Bildsten y sus colegas propusieron que en los sistemas AM CVN, cuando se ha acumulado suficiente helio en la superficie de la enana blanca primaria, se producirá una explosión que puede "producir un débil y rápido aumento (de pocos días) termonuclear de supernova".

Christopher Stubbs, director del Departamento de Física de la Universidad de Harvard, la calificó en broma como supernova .Ia (punto uno a), ya que es una décima parte del brillo y una décima parte del tiempo de una supernova de tipo Ia, y el nombre se quedó.

Filippenko señaló que esta explosión no es nada parecido a una explosión de tipo Ia regular debido a que la enana blanca sobrevive a la explosión del depósito de helio. De hecho, tiene similitudes a la vez con una nova y con una supernova. Las novas se producen cuando material -principalmente hidrógeno- cae en una estrella y se acumula en una capa que puede estallar en breves explosiones termonucleares. SN 2002bj es una "super" nova, generando cerca de 1.000 veces la energía de una nova standard, dijo.

La explosión habría creado elementos pesados como el cromo, que decayeron al vanadio y de allí al titanio. Así, las líneas de absorción de vanadio son esperables, dijo Poznanski.

Filippenko señaló que en los últimos años se ha "dado una bonanza de supernovas raras".

"Muchos de nosotros, que hemos estudiado las supernovas durante varias décadas, estamos asombrados por la calidad y cantidad de información que ha llegado recientemente, mostrando nuevas e interesantes subclases, o incluso nuevas clases físicas extrañas de supernovas", dijo. "Se despierta mi apetito por saber que más podemos encontrar por ahí con estos grandes, amplios estudios del cielo, como la Palomar Transient Factory, Dark Energy Survey y el Gran Telescopio para Rastreos Sinópticos. KAIT ha descubierto unas 800 supernovas, pero estos nuevos estudios hallarán miles o cientos de miles de supernovas ".

Poznanski, también, está a la espera del actual Palomar Transient Factory, que utiliza una cámara de gran campo para buscar en el cielo todos los días por nuevos objetos, para encontrar más supernovas como la SN 2002bj. La fábrica es un proyecto liderado por Shri Kulkarni, profesor de astronomía en el Instituto de Tecnología de California (Caltech), e involucra a muchos de los co-autores en el documento de la Science Express, incluyendo a Peter Nugent, co-director del Centro de Cosmología Computacional de LBNL, que dirige la búsqueda de los transitorios.

"La Encuesta Palomar Transient Factory podrá encontrar muchos objetos raros, como la SN 2002bj, mediante la exploración de grandes partes del cielo y no limitarse a las galaxias grandes, luminosas y cercanas", dijo Poznanski.

Co-autores con Poznanski, Filippenko, Nugent, Ganeshalingam, Leonard, Chornock y Bloom son Rollin C. Thomas, un miembro del Centro de Cosmología Computacional, y Li Weidong del Departamento de Astronomía de UC Berkeley.

La investigación fue financiada por la National Science Foundation, el Departamento de Energía, la Fundación Sylvia y Jim Katzman y la Fundación TABASGO, con la asistencia observacional del Observatorio Lick de la Universidad de California y del Observatorio WM Keck en Hawai.

Más información en:
Rapid supernova could be new class of exploding star

Imágenes:
Créditos: Ilustración: Tomy Piro. Fotografía: Poznanski, W. LI, & V. Filippenko (UC Berkeley)