ASTRONOMÍA. Estrella gigante vista 150 días antes de que explotara como supernova

Estrella gigante vista 150 días antes de que explotara como supernova

 

Impresión artística de un remanente de supernova. Fuente: ESA/Hubble

01 febrero 2024.- Las supernovas son relativamente raras. Puede que no lo parezca, pero eso se debe a que son tan brillantes que podemos verlas en otras galaxias a gran distancia. De hecho, en 2022, los astrónomos detectaron una supernova a más de 10 mil millones de años luz de distancia.

Cada vez que los astrónomos detectan una supernova, es una oportunidad para aprender más sobre estas raras explosiones cataclísmicas. Es especialmente valioso si los astrónomos pueden observar bien la estrella progenitora antes de que explote.

Sabemos qué tipos de estrellas explotan como supernovas de colapso del núcleo: las masivas. Pero no sabemos qué estrella explotará y cuándo, por lo que no sabemos dónde mirar para ver a su progenitora. 

Los autores de una nueva investigación lo expresan de manera sucinta cuando escriben: "Obtener observaciones espectroscópicas de los progenitores de las supernovas de colapso del núcleo es a menudo inviable debido a una falta inherente de conocimiento sobre qué estrellas se convertirán en supernovas y cuándo explotarán".

Esa cita proviene de una nueva investigación titulada “ Observaciones espectroscópicas de la actividad progenitora 100 días antes de una supernova tipo Ibn”. El artículo ha sido enviado a la revista Astronomy and Astrophysics y actualmente se encuentra en preimpresión. El autor principal es Seán Brennan del Departamento de Astronomía de la Universidad de Estocolmo.

Los astrónomos siguen aprendiendo más sobre los progenitores de las supernovas. Están descubriendo que las progenitoras de supernovas pueden exhibir explosiones poderosas semanas, meses o incluso años antes de explotar. Los astrónomos siguen adquiriendo herramientas cada vez mejores para detectar estos estallidos y, a veces, tienen suerte.

En abril de 2023, una estrella masiva explotó en NGC 4388, una galaxia espiral a unos 57 millones de años luz de distancia. La instalación transitoria de Zwicky (ZTF) la detectó y la supernova se llama SN 2023fyq . SN 2023fyq es un tipo raro de supernova llamado Tipo Ibn. Muestran una falta de líneas de hidrógeno y líneas estrechas de emisión de He I en sus espectros. Los astrónomos creen que estas características provienen de la interacción del SN con material circunestelar (CSM) rico en helio y pobre en hidrógeno.

Los astrónomos sólo conocen algunos de estos tipos de SN, por lo que no se conocen bien sus progenitores. Antes de su explosión, la ZTF también detectó la actividad precursora, proporcionando una ventana a estos misteriosos progenitores.

Esta figura muestra la supernova y su ubicación en NGC 3288. Crédito de la imagen: Brennan et al. 2024

Las observaciones provienen de múltiples telescopios y observatorios, incluido el telescopio Keck de 10 m, el telescopio Palomar de 200 pulgadas y el telescopio Gemini North de 8 m.

Los investigadores descubrieron que la luminosidad del progenitor aumentó exponencialmente durante los 150 días previos a la explosión. También descubrieron que el radio de la fotosfera se mantuvo casi constante durante el mismo tiempo. Los espectros anteriores a la supernova también "revelan un perfil complejo de Helio en evolución".

Este gráfico del estudio muestra las observaciones espectrales de SN 2023fyq y su progenitor. Las observaciones del progenitor están en la parte superior y las observaciones del SN están en la parte inferior. Cada línea representa un conjunto diferente de observaciones, con sus tiempos escritos en sus extremos. La línea roja muestra observaciones de SN 2010al, un SN Tipo Ibn que coincide bien con SN 2023fyz. Las áreas de He I están etiquetadas porque los investigadores señalaron que había un perfil de He I complejo y en evolución. Imagen: Brennan et al. 2024

El perfil Helio podría ser una pista de parte de la actividad de la estrella progenitora. Hay emisiones de Helio similares tanto en el progenitor como en el SN. "Esto significaría que el material asimétrico responsable de esta emisión no fue destruido en la explosión SN", explican los autores. "Las eyecciones de SN que interactúan con material circunestelar asimétrico (CSM) se han utilizado para explicar los perfiles irregulares de las líneas de emisión. Nos estamos adentrando profundamente en la maleza aquí, pero es significativo... SN 2023fyq proporciona la primera evidencia espectroscópica clara de una estructura asimétrica antes del colapso del núcleo".

Es posible que algunas de las características de la espectroscopia sean causadas por material circunestelar (CSM). "Algunos mecanismos hacen que el progenitor esté rodeado por un CSM denso", explican los autores, "y pueden conducir a la disipación del impacto y la emisión de radiación en el CSM ópticamente grueso". En ese caso, la difusión podría explicar el ascenso general de la curva de luz. "Esto también explica el radio aproximadamente constante y el lento aumento de la temperatura efectiva", escriben.

"Estas observaciones de SN 2023fyq y los momentos finales del progenitor resaltan que los progenitores de CCSNe pueden sufrir inestabilidades extremas poco antes de su desaparición final", escriben los autores.

No debería sorprender a nadie que un progenitor mostrara inestabilidades extremas antes de explotar como supernova. Sería muy extraño si una estrella masiva explotara repentinamente sin previo aviso. Sólo las estrellas masivas explotan como supernovas, y ocurre cuando la presión de fusión hacia afuera de la estrella es insuficiente para contrarrestar la propia gravedad de la estrella. La estrella colapsa sobre sí misma y explota.

 Este es un evento cataclísmico y es probable que haya ondas de choque que viajen a través de la estrella, así como otras interacciones. Seguramente habrá “inestabilidades extremas”, como las llaman los autores.

Pero ¿qué nos dice esto exactamente?

Vista artística de la explosión de una supernova. Crédito: NASA

Esta es solo un trabajo de investigación y los autores presentan sus resultados a la comunidad astronómica. Pueden mostrar la inusual actividad evidente en las observaciones espectroscópicas, pero aún no pueden decirnos exactamente qué significa. Pero sí muestra que somos capaces de detectar progenitores de supernovas, un gran paso en la comprensión de las supernovas con colapso del núcleo.

"El análisis de progenitores suele realizarse después de que la estrella ha sido destruida, buscando en imágenes de archivo y midiendo las propiedades fotométricas del presunto progenitor", escriben los investigadores en su escrito. "Aunque esta área de la astronomía transitoria está en su infancia, las repercusiones de detectar la actividad precursora son inmensas, lo que pone de relieve que el progenitor no se encuentra en un estado de equilibrio y puede no estar bien representado por los modelos evolutivos estelares estándar".

Estamos mirando a un progenitor SN cuando miramos a Betelgeuse; Los astrónomos simplemente no saben cuánto tiempo pasará hasta que la estrella explote. Pero parece haber arrojado plasma que creó una nube de polvo que opacó brevemente la estrella hace un par de años. ¿Ese comportamiento es indicativo de cómo se comportan otros progenitores? Los astrónomos necesitan observar más progenitores de supernovas de diferentes tipos antes de poder responder a sus preguntas.