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Oportunidad para los astrónomos de estudiar en vivo el proceso de supernova

Gracias al telescopio VLT de la Organización Observatorio Europeo Austral, ESO, y su habilidad para obtener fotografías tan precisas como si fuesen tomadas desde el espacio, los astrónomos han hecho la primera película con lapsos de tiempo de una eyección de masas bastante inusual desde un “vampiro estelar”, que en noviembre del año 2000 sufrió una explosión tras engullir parte de la materia de su compañera

Esto permitió a los astrónomos determinar la distancia y el brillo intrínseco del objeto que explotó. Aparentemente, esta pareja de estrellas es el principal candidato para ser uno de los progenitores largamente buscados de las explosiones estelares conocidas como supernovas de tipo Ia, cruciales para el estudio de la energía oscura.

“Uno de los principales problemas de la astrofísica moderna es el hecho que aún no sabemos exactamente qué tipos de sistemas estelares explotan como supernovas de tipo Ia”, dice Patrick Woudt de la Universidad de Ciudad del Cabo y autor principal del artículo que reporta estos resultados. “Resulta bastante avergonzante, ya que estas supernovas tienen un rol crucial en mostrar que la expansión del Universo está actualmente acelerándose, empujada por una misteriosa energía oscura”.

Los astrónomos estudiaron, en detalle, el objeto conocido como V445 de la constelación de Puppis (“la Popa”). V445 Puppis es la primera —y hasta ahora la única— nova que no muestra evidencia alguna de hidrógeno. Proporciona la primera evidencia de una explosión en la superficie de una enana blanca dominada por helio. “Esto es crucial, ya que sabemos que las supernovas de tipo Ia carecen de hidrógeno”, dice el coautor Danny Steeghs, de la Universidad de Warwick, Reino Unido, “y la estrella compañera en V445 Pup encaja muy bien ya que también carece de hidrógeno, vertiendo en cambio helio sobre la enana blanca”.

En noviembre del año 2000 este sistema sufrió un estallido de nova, haciéndose 250 veces más brillante que antes y eyectando gran cantidad de materia hacia el espacio.

El equipo de astrónomos usó el instrumento de óptica adaptativa NACO en el telescopio VLT de ESO para obtener imágenes muy precisas de V445 Puppis durante un lapso de dos años. Las imágenes muestran una capa bipolar, con una cintura inicialmente muy angosta, con lóbulos en cada lado. También se ven dos nudos en ambos extremos de la capa, que parecen moverse a unos 30 millones de kilómetros por hora. La propia capa —a diferencia de cualquier nova previamente observada— se está moviendo a unos 24 millones de kilómetros por hora. Un grueso disco de polvo, que debe haber sido producido durante la última explosión, oscurece las dos estrellas centrales.

“El increíble detalle que podemos ver a escalas tan pequeñas —alrededor de cien milésimas de arcosegundo, equivalente al tamaño aparente de una moneda de un euro vista desde unos cuarenta kilómetros de distancia— sólo es posible gracias a la tecnología de óptica adaptativa disponible en telescopios terrestres tales como el VLT de ESO”, dice Steeghs.

Una supernova es una de las formas en que una estrella puede terminar su vida, explotando en un despliegue de grandiosos fuegos artificiales. La familia de supernovas, llamada supernovas de tipo Ia, es de particular interés en cosmología ya que puede ser empleada para medir distancias en el Universo y, de esta forma, usarse para calibrar la expansión acelerada empujada por la energía oscura.

Una característica que define a las supernovas de tipo Ia es la falta de hidrógeno en su espectro. Aunque el hidrógeno es el elemento químico más común en el Universo. Tales supernovas probablemente surgen en sistemas compuestos por dos estrellas, en que una de éstas es el producto final de la vida de estrellas similares al Sol: las enanas blancas. Cuando tales enanas blancas, actuando cual vampiros estelares que tragan la materia de su compañera, llegan a ser más pesadas que un determinado límite y se vuelven inestables hasta que, finalmente, explotan.

El aumento no es un proceso simple. A medida que la enana blanca canibaliza a su presa, la materia se acumula en su superficie. Si esta capa se torna demasiado densa, se hace inestable y erupciona como nova. Estas miniexplosiones controladas eyectan parte de la materia acumulada de vuelta al espacio. La pregunta crucial es, entonces, si la enana blanca puede ganar peso a pesar de la explosión, es decir, si algo de la materia quitada a la compañera se queda en la enana blanca para que, eventualmente, llegue a ser suficientemente pesada para explotar como supernova.

Combinando las imágenes de NACO con información obtenida con varios otros telescopios, los astrónomos pudieron determinar la distancia al sistema (unos 25.000 años luz del Sol) y su brillo intrínseco (más de 10.000 veces más brillante que el Sol). Esto implica que la enana blanca vampiro de este sistema tiene una alta masa que está cerca de su límite fatal y sigue siendo alimentada por su compañera a un ritmo vertiginoso. “Si V445 Puppis finalmente explotará como una supernova o si la actual explosión de la nova se ha adelantado a ese camino al eyectar demasiada materia de vuelta al espacio, aún es incierto”, dice Woudt. “Pero aquí tenemos a un sospechoso bastante bueno para una futura supernova de tipo Ia”.

Esta investigación se presenta en un artículo que aparecerá en la edición del 20 de noviembre de 2009 del Astrophysical Journal (vol. 706, p. 738), bajo el título The expanding bipolar shell of the helium nova V445 Puppis, por P. A. Woudt y otros.

El equipo está compuesto por P. A. Woudt y B. Warner (Universidad de Ciudad del Cabo, Sudáfrica), D. Steeghs y T. R. Marsh (Universidad de Warwick, Reino Unido), M. Karovska y G. H. A. Roelofs (Centro de Astrofísica Harvard-Smithsoniano, Cambridge MA, Estados Unidos), P. J. Groot y G. Nelemans (Radboud University Nijmegen, Holanda), T. Nagayama (Universidad de Kyoto, Japón), D. P. Smits (Universidad de Sudáfrica, Sudáfrica), y T. O’Brien (Universidad de Manchester, Reino Unido).

Fuente: El Mensajero de los Astros. Aportado por Eduardo J. Carletti

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Una colisión entre enanas blancas puede emular las supernovas que se usan para determinar distancias

Una nueva manera de detonar las supernovas del tipo Ia, que se utilzan como «candela estándar», hace más complicado estar seguro de su origen

De vez en cuando, en densos vecindarios del espacio, pueden chocar entre sí dos de esos densos restos estelares a los que se conoce como enanas blancas. Una colisión así, de acuerdo a un reciente modelo de computadora, podría emular las propiedades de las supernovas que se generan de maneras más convencionales. Crédito: James Guillochon, UCSC

Las explosiones estelares que se conocen como supernovas de tipo Ia han demostrado ser de un valor incalculable para los astrofísicos al servir como marcadores de distancias cósmicas. Su brillo y la consistencia de las propiedades observadas hacen que los astrónomos las utilicen como «candelas estándar» que les permiten determinar la distancia a los objetos en el espacio. Hace apenas una década, las supernovas de tipo Ia se hicieron protagonistas cuando los investigadores las utilizaron como prueba de que el universo está acelerando su expansión bajo el empuje de una influencia que antes no se conocía, a la que se llamó energía oscura.

Pero los mecanismos que dan forma a las supernovas de tipo Ia aún no se comprender bien, y ahora una nueva simulación inidca que hay una variedad de escenarios que pueden llevar a estos eventos, en los que se producen explosiones con una fuerza que se estima en 1028 megatones, más de mil millones de veces el brillo del Sol. El modelo estándar sostiene que una enana blanca —el denso y comprimido resto de una estrella que ha agotado su combustible— crece por encima de la masa sostenible (aproximadamente 1,4 veces la masa del Sol) agregando materia robada de un vecino estelar o fusionándose con una enana blanca que orbite junto a ella. El resultado es una reacción nuclear desencadenada que enciende la estrella enana, antes tenue, en un destello de radiación que se puede ver a miles de millones de años luz por todo el universo.

Se utilizan las supernovas como candelas estándar en parte porque se supone que se consume una cantidad aproximadamente idéntica de combustible en cada evento.

En un artículo científico publicado en el ejemplar del 10 de noviembre de la revista Astrophysical Journal Letters, un grupo de investigadores propone un agregado a la familia de progenitores del tipo Ia. Más que una transferencia de masa o la fusión directa de un par de estrellas que estaban en una danza orbital, dos enanas blancas no relacionadas que residen en la misma agrupación estelar densa podrían colisionar de frente. La onda del impacto, de acuerdo con las simulaciones por supercomputadora realzadas por el equipo, podría disparar una reacción termonuclear que imitaría a las supernovas de tipo Ia más tradicionales, pero quemando más combustible que el que se consume en un evento estándar de 1,4 masas solares. También han estado implicados algunos escenarios de fusión de estrellas binarias en grandes explosiones de tipo Ia, y estas variaciones en las condiciones iniciales de la supernova podrían complicar su futuro uso como medida de distancia de alta precisión.

El coautor del estudio, Enrico Ramirez-Ruiz, astrofísico de la Universidad de California en Santa Cruz, señala que en algunas regiones del espacio, como los cúmulos globulares, la densidad de población estelar es de cerca de un millón de veces mayor que el entorno relativamente vacío de nuestro Sistema Solar. “La densidad de enanas blancas en los núcleos de los cúmulos globulares podría ser muy alta”, dice, “por lo que no es despreciable la probabilidad de que interaccionen entre sí en una colisión”.

Ramirez-Ruiz y sus coautores se mantienen cautelosos en sus afirmaciones al contribuir con una nueva propuesta de mecanismo a la suma del total de supernovas tipo Ia que se han observado, estimando que es probable que la colisión de enanas blancas sólo se produzca en una de cada cien explosiones, o menos. “No obstante, es intrigante”, dice el astrónomo Douglas Leonard de la Universidad Estatal de San Diego, quien no ha contribuido en el estudio.

“Las supernovas de tipo Ia son objetos de observación apasionante para la cosmología y la determinación de distancias, y el pequeño y vergonzoso secreto es que, en realidad, aún no sabemos qué está estallando”, dice Leonard. Lo más común es que se piense que estos eventos se centran en enanas blancas, pero los mecanismos por los que se encienden de esta manera los restos estelares permanece como una cuestión abierta. “Es un gran momento para ser un teórico”, añade. “Si puedes imaginar alguna forma inteligente de lograr que estallen, seguirán estando todas las apuestas sobre la mesa, y puede que la tuya sea la buena”.

Cuantas más explosiones estelares se estudian en detalle, señala, más diversidad revelan, y más caminos parecen conducir a las supernovas de tipo Ia. “Puede haber muchas formas diferentes para llegar a que una enana blanca estalle, y por cierto que esta parece razonable”, dice Leonard.

Ramirez-Ruiz señala que a pesar de la poca proporción que se estima para estas supernovas inducidas por colisión, los estudios a gran escala del cielo de los próximos años pueden localizar cientos de miles de sucesos de tipo Ia, incluyendo cientas de nuevas variedades cada año. “Una vez que tienes ese gran cantidad de supernovas de tipo Ia recopiladas para hacer cosmología, lo estándar que vaya a ser tu modelo dependerá de qué otros canales contaminen tu muestra”, señala.

Fuente: Scientific American. Aportado por Eduardo J. Carletti

Encuentran que una supernova teórica realmente existe

Los astrónomos han identificado un tipo de supernova que parece ser un tipo que se había previsto en la teoría, pero nunca se había observado antes en la realidad

Hace dos años, Lars Bildsten de UC Santa Barbara y sus colegas predijeron un nuevo tipo de supernova en las galaxias distantes, a la que denominaron mecanismo «.Ia» (punto uno a), involucrando una detonación de helio en una enana blanca, que expulsa un pequeño envoltorio de material.

Esta explosión teórico sería más débil que la mayoría de las supernovas y su brillo crecería y bajaría en apenas unas pocas semanas. Dovi Poznanski, de Berkeley, volvió a mirar observaciones de siete años de edad y encontró este inusual tipo de supernova. Poznanski y sus colegas dicen que la supernova 2002bj pertenece a una categoría propia, ya que sus espectros sugieren que evolucionó muy rápido y produjo una combinación inusual de elementos.

Las supernovas se clasifican generalmente en base a líneas indicadoras en el espectro de la radiación que emiten. Se piensa que los dos tipos principales se desarrollan por la explosión de enanas blancas y por el colapso de estrellas masivas.

Sin embargo, la teoría de Bildsten dice que en raros casos, existe un sistema de estrellas binarias donde el helio pasa de una enana blanca a otra y se acumula en la enana blanca más masiva.

Este raro suceso es elque conduce a las condiciones únicas de la ignición termonuclear explosiva y la completa expulsión del océano de helio acumulado. La abundancia de elementos radiactivos inusuales producidos en la rápida fusión lleva a un espectáculo de luz brillante surgida de la materia recién sintetizada que dura unas pocas semanas.

Las explosiones «usuales» de enanas blancas se conocen como «supernovas de tipo Ia. Son más brillantes que una galaxia entera por más de un mes y son muy útiles para los estudios cosmológicos. La supernovas «.Ia» que predice la teoría sólo tiene una décima parte del brillo y dura una décima parte del tiempo.

Poznanski y su equipo dicen que 2002bj encaja en este tipo de supernova nunca antes visto.

«Esta es la evolución de supernova más rápida que jamás hemos visto», dijo Poznanski. «Fue tres a cuatro veces más rápida que una supernova estándar, desapareciendo básicamente en 20 días. Su brillo cayó como una piedra».

Poznanski le dijo a Universe Today que en realidad estaba mirando supernovas de tipo II para otro fin cuando encontró el espectro de 2002bj. «Mi primera reacción fue una gran confusión», dijo. «Mi segunda reacción, después de mostrarla a otros expertos, fue de mayor confusión. Después de comparar contra todos los objetos que conocemos y no encontrar nada, la confusión fue tapada por un gran entusiasmo. Éste siguió aumentando hasta que encontramos la. idea de la .Ia y ésta encajaba bastante bien «.

Luego Poznanski y su equipo volvieron a analizar sus datos para asegurarse, y el resto es historia.

Esta explosión no fue nada que se parezca a una explosión regular de tipo Ia, dijo Alex Filippenko, miembro del equipo, debido a que la enana blanca sobrevive a la explosión del depósito de helio. De hecho, tiene al mismo tiempo similitudes con una nova y una supernova. Las novas se producen cuando cae materia en una estrella —principalmente hidrógeno— y se acumula en una capa que puede estallar en breves explosiones termonucleares. SN 2002bj es un «super» nova, que generó cerca de 1.000 veces la energía de una nova estándar, dijo.

«Como hemos hablado de nuestro trabajo durante los últimos años, la mayoría de los astrónomos en la audiencia recordaron que nunca habían visto un suceso así», dijo Bildsten. «¡Les dijimos que sigan buscando! Con el cielo como límite, los observadores suelen estar por delante de las teorías, así que estoy muy contento de que hayamos podido hacer una predicción que permitió una rápida interpretación de un fenómeno nuevo. A pesar de que la supernova se observó en 2002, el ojo de Dovi Poznanski pudo apreciar su importancia y relevancia».

Fuente: Universe Today. Aportado por Eduardo J. Carletti