La supernova más luminosa conocida hasta ahora

Supernova ASASSN-15lh

Ilustración artística de la supernova ASASSN-15lh, como se vería desde un exoplaneta que se encuentra a 10 mil años-luz de la explosión. Crédito: Beijing Planetarium/Jin Ma.

Como se dice, los récords están hechos para romperse, pero raramente quedan hechos polvo. En junio de 2015, astrónomos descubrieron una explosión cósmica 200 veces más poderosa que una explosión de supernova típica –eventos que están entre los más energéticos del Universo– y más de dos veces más luminosa que el récord anterior.

En su máximo de intensidad, la explosión –llamada ASASSN-15lh– llegó a ser 570 mil millones de veces más luminosa que el Sol. Como si ésta estadística no fuera impresionante, se debe considerar que esta luminosidad corresponde a aproximadamente 20 veces la luminosidad total de la Vía Láctea, compuesta por 100 mil millones de estrellas.

La explosión récord de ASASSN-15lh es un ejemplo de un tipo de supernovas conocidas como supernovas superluminosas. Estas explosiones estelares, extremadamente poco frecuentes y que marcan la muerte de algunas estrellas, fueron descubiertas en los últimos años y sólo han sido estudiadas en detalle recientemente. De hecho, los científicos todavía no saben qué tipos de estrellas y qué tipos de explosiones producen estas supernovas extremas.

Como es descrito en un nuevo estudio, ASASSN-15lh es una de las supernovas superluminosas más cercanas que se han descubierto hasta ahora, a una distancia de 3.800 millones de años-luz. Dada su relativa cercanía y brillo, el estudio de ASASSN-15lh podría ofrecer pistas claves para poder entender este tipo de explosiones extremas.

“ASASSN-15lh es la supernova más luminosa que se ha descubierto en la historia de la humanidad”, comenta el autor principal del artículo, Subo Dong, astrónomo y profesor en el Instituto Kavli de Astronomía y Astrofísica (KIAA) de la Universidad de Pekín.

“Todavía no sabemos el mecanismo que produjo la explosión ni su fuente principal de energía ya que todas las teorías que existen hasta ahora encuentran serios problemas para explicar la cantidad total de energía que ha radiado ASASSN-15lh”.

ASASSN-15lh fue encontrada en junio de 2015 por el proyecto All-Sky Automated Survey for SuperNovae (ASAS-SN) usando telescopios gemelos de 14 centímetros de diámetro instalados en el observatorio de Cerro Tololo en Chile.

“ASAS-SN es el primer proyecto astronómico en la historia que escanea automáticamente todo el cielo en el rango óptico buscando objetos transientes (objetos que varían en brillo de forma repentina)”, comentó Krzysztof Stanek, profesor de astronomía en la Universidad Estatal de Ohio e investigador coprincipal de ASAS-SN.

Supernova ASASSN-15lh

Izquierda: Imagen obtenida con la Dark Energy Camera de la galaxia donde explotó ASASSN-15lh. Derecha: Imagen que muestra la supernova ASASSN-15lh obtenida con un telescopio de Las Cumbres Global Telescope Network. Crédito: Dark Energy Survey, B. Shappee y el proyecto ASAS-SN.

En sólo los primeros cuatro meses después de la explosión, ASASSN-15lh emitió una cantidad asombrosa de energía, que a nuestro Sol le tomaría 90 mil millones de años en emitir. Examinando en detalle la evolución del evento en función del tiempo, los astrónomos han podido entender algunas características básicas de la explosión.

Usando el telescopio óptico du Pont de 2,5 metros de diámetro que se encuentra en el observatorio de Las Campanas en Chile, Ben Shappee y Nidia Morrell, colegas de Dong y pertenecientes a los Observatorios Carnegie en Pasadena, obtuvieron el primer espectro de ASASSN-15lh con el objetivo de poder identificar las huellas de elementos químicos dispersados por la explosión. La forma del espectro sorprendió a los miembros del proyecto ASAS-SN ya que no se parecía a ninguno de los espectros de las 200 supernovas que el proyecto había descubierto y estudiado hasta esa fecha.

Inspirado por sugerencias de sus colegas Prieto y Stanek, Dong se dio cuenta de que ASASSN-15lh podía ser una supernova superluminosa.

“El espectro era realmente interesante y raro, muy azul y con muy pocas líneas de elementos químicos que pudieran revelar la naturaleza de la explosión”, comenta Prieto. Después de buscar en la literatura, Dong se dio cuenta que el espectro de ASASSN-15lh era parecido al de una supernova superluminosa descubierta el año 2010. Si esta suposición era la correcta, la distancia a la que estaba ASASSN-15lh podía ser ratificada con observaciones adicionales. Pasaron casi diez días con mal tiempo en distintos observatorios, hasta que finalmente Saurabh Jha, profesor de la Universidad de Rutgers, pudo obtener un espectro usando el telescopio de 10 metros de diámetro de Sudáfrica, SALT, que mostraba el parecido con los espectros de supernovas superluminosas, confirmando así su distancia relativamente cercana y su luminosidad extrema.

“Esto fue realmente una gran sorpresa, habíamos descubierto la supernova más luminosa que se conoce”, comenta Prieto, miembro del proyecto ASAS-SN.

El estudio detallado de ASASSN-15lh ha mostrado que esta explosión es consistente con un tipo de supernovas superluminosas que carecen de hidrógeno, el elemento más abundante en el universo, en su espectro, y son conocidas como supernovas superluminosas de Tipo I. También, la tasa inicial de expansión del radio de la explosión y la tasa a la cuál disminuye la temperatura fueron similares a las de otras supernovas superluminosas de Tipo I.

Luminosidad supernova ASASSN-15lh

Evolución de la luminosidad en función del tiempo de ASASSN-15lh comparada con otras explosiones de supernova. En el máximo, ASASSN-15lh es 200 veces más luminosa que supernovas típicas (Tipo Ia) y es más de dos veces más luminosa que la supernova superluminosa Tipo I que tenía el récord de luminosidad anterior (iPTF13ajg). Crédito: Proyecto ASAS-SN.

Sin embargo, en otras características más allá de su inmensa luminosidad, ASASSN-15lh presenta diferencias cuando se le compara con otras supernovas superluminosas de la misma clase. Ha mantenido una temperatura mucho más alta que otros objetos de su clase desde su descubrimiento. La galaxia que la alberga es bastante diferente de todas las otras galaxias donde se han encontrado este tipo de explosiones. Las supernovas superluminosas de Tipo I que se han descubierto hasta ahora explotan en galaxias más pequeñas y menos luminosas que la Vía Láctea, pero que al mismo tiempo están formando estrellas nuevas muy rápidamente. Por el contrario, la galaxia que alberga a ASASSN-15lh es mucho más luminosa y de mayor tamaño que la Vía Láctea, y al parecer está formando pocas estrellas nuevas. También existe la posibilidad de que la galaxia donde realmente explotó ASASSN-15lh sea una galaxia pequeña compañera de la galaxia gigante que podemos estudiar más claramente en las imágenes obtenidas hasta ahora. Éstas y otras interrogantes las podremos clarificar con observaciones que serán obtenidas en los próximos meses por la colaboración de ASAS-SN usando el Telescopio Espacial Hubble.

Una de las mejores y más estudiadas hipótesis que existe actualmente para explicar la gran cantidad de energía que emiten las supernovas superluminosas es que se trata de la muerte de una estrella masiva cuyo núcleo colapsa formando un magnetar, una estrella de neutrones que está altamente magnetizada y rota muy rápidamente. En la formación del magnetar, el núcleo súper-compacto de la estrella que ha muerto, las capas externas de la estrella masiva rebotan con el núcleo y salen expelidas a grandes velocidades produciendo una explosión de supernova a la cual se acopla la energía de rotación del magnetar (lo cual aumenta la luminosidad del evento).

ASASSN-15lh ha emitido tanta energía que incluso el escenario más aceptado hasta ahora para explicar las supernovas superluminosas probablemente no sea el adecuado. En cambio, es posible que supernovas como ASASSN-15lh sean producidas por la muerte de estrellas supermasivas o que el mecanismo de esta tremenda explosión sea completamente distinto al de otras supernovas superluminosas.

“La respuesta honesta es que en este momento no sabemos cuál es la fuente de poder de ASASSN-15lh”, dice Dong.

“Es realmente un objeto fascinante y único. Esperamos tratar de empezar a responder algunas de las interrogantes con las observaciones que obtendremos en el próximo año”, comenta Prieto.

El estudio “ASASSN-15lh: A highly super-luminous supernova” fue publicado el 15 de enero de 2016 en la revista Science.

Fuente: Núcleo de Astronomía UDP

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