Super Supernova: el sistema de enana blanca que excede la masa límite

Un equipo internacional liderado por la Universidad de Yale ha medido, por primera vez, la masa de un tipo de supernova que se cree pertenecen a una subclase exclusiva y confirmó que supera lo que se creía que era un límite superior de masa. Sus conclusiones, que aparecen en línea y serán publicadas en un próximo número de Astrophysical Journal, podrían afectar la forma en que los cosmólogos miden la expansión del universo.

Los cosmólogos utilizan las supernovas de tipo Ia, como la que es visible en la esquina inferior izquierda de esta galaxia, para explorar el pasado y el futuro de la expansión del universo y la naturaleza de la energía oscura. (Foto: High-Z Supernova Search Team, HST, NASA).

Los cosmólogos usan supernovas de tipo Ia -las violentas explosiones de los núcleos de las estrellas muertas llamadas enanas blancas-, como una especie de regla cósmica para medir distancias a las galaxias anfitrionas de las supernovas y, como tal, para comprender el pasado y el futuro de la expansión del universo y estudiar la naturaleza de la energía oscura. Hasta hace poco, se pensaba que las enanas blancas no pueden exceder de lo que se conoce como el límite de Chandrasekhar, una masa crítica que equivale a alrededor de 1,4 veces la del Sol, antes de estallar en una supernova. Este límite uniforme es una herramienta clave en la medición de distancias a las supernovas.

Desde 2003, se han descubierto cuatro supernovas que eran tan brillantes, que los cosmólogos se preguntaron si sus enanas blancas habían superado el límite de Chandrasekhar. Estas supernovas han sido apodadas supernovas "super-Chandrasekhar" .

Ahora Richard Scalzo de Yale, como parte de una colaboración de físicos estadounidenses y franceses llamada Fábrica de Supernovas Cercanas, ha medido la masa de la estrella enana blanca que dio lugar a una de estas raras supernovas, llamada SN 2007if, y confirmó que se superó el límite de Chandrasekhar. También descubrieron que la supernova inusualmente brillante, no solo tenía una masa central, sino una capa de material que fue expulsado durante la explosión, así como una envoltura que la rodea de material preexistente. El equipo espera que este descubrimiento proporcionará un modelo estructural con el que comprender las otras supernovas supermasivas.

Ubicación de las enanas blancas en el diagrama H-R (Hertzsprung-Russell) de Luminosidad y Temperatura (o de Magnitud absoluta e índice de color). Crédito: Hyperphysics.

Usando las observaciones de los telescopios en Chile, Hawai y California, el equipo fue capaz de medir la masa de la estrella central, la capa de material y laenvoltura individual, proporcionando la primera evidencia concluyente de que el sistema de estrellas en sí, efectivamente, supera el límite de Chandrasekhar. Ellos encontraron que la propia estrella parece haber tenido una masa de 2,1 veces la masa del Sol (con error de más o menos 10 por ciento), poniéndolo muy por encima del límite.

Ser capaz de medir las masas de todas las partes del sistema de la estrella le dice a los físicos acerca de cómo el sistema puede haber evolucionado en un proceso que está mal entendido. "Realmente no sabemos mucho sobre las estrellas que llevan a estas supernovas", dijo Scalzo. "Queremos saber más acerca de qué tipo de estrellas fueron, y cómo se formaron y evolucionaron con el tiempo."

Scalzo cree que hay una buena probabilidad de que SN 2007if sea el resultado de la fusión de dos enanas blancas, en lugar de la explosión de una enana blanca única y espera estudiar las otras supernovas super-Chandrasekhar para determinar si ellas también podrían haber participado de la fusión de dos enanas blancas.

Los teóricos continuan explorando cómo las estrellas con masas por encima del límite de Chandrasekhar, que se basa en un modelo simplificado de estrellas, podrían existir sin derrumbarse bajo su propio peso. De cualquier manera, una subclase de supernovas gobernada por una física diferentes podría tener un efecto dramático en la forma en que los cosmólogos las utilizan para medir la expansión del universo.

"Las supernovas se utilizan para hacer declaraciones sobre el destino del universo y nuestra teoría de la gravedad", dijo Scalzo. "Si nuestra comprendemos los cambios de las supernovas, podría afectar significativamente nuestras teorías y predicciones."

Otros autores de Yale del paper incluyen a Charles Baltay y David Rabinowitz.

Citado en: http://arxiv.org/abs/1003.2217

Así presenta el equipo de Yale la SN 2007if en el The Smithsonian/NASA Astrophysics Data System:

"Presentamos las observaciones de SN 2007if, una supernova de tipo Ia más luminosa (MV = -20,2 en el pico), intrínsecamente roja (BV = 0,2 en el pico), de lento aumento (tR = 26 días) en una muy débil (Mg = -12) galaxia anfitriona. Un espectro tomado a los 5 días anteriores en el máximo de luz de la banda B se asocia directamente a la candidata a super-Chandrasekhar SN Ia 2003fg, mostrando una débil, lenta línea de Si II en 9000 km/s y C II a altas velocidades. SN 2007if también muestra una meseta en la velocidad de Si II que se extiende hasta 10 días después del máximo de luz, que interpretamos como prueba de una cáscara sobredensa en la eyección de la supernova. Calculamos la curva de luz bolométrica de la SN y la usamos junto con la evolución de la velocidad Si II para restringir la masa de la cáscara y las eyecciones subyacentes de la supernova, y demostrar que SN 2007if es fuertemente incompatible con un escenario de masa de Chandrasekhar. Se discuten las implicaciones para la subclase emergentes de la super-Chandrasekhar supernovas Ia y para las mediciones de distancias SN Ia luminosidad."

Fuentes:
• Super Supernova: White Dwarf Star System Exceeds Mass Limit
• The Smithsonian/NASA Astrophysics Data System