ASASSN-15lh: La Supernova más brillante jamás observada

Título: ASASSN-15lh: A highly super-luminous supernova
Autores: Subo Dong, B.J. Shappee, J.L. Prieto, et al.
Institución del primer autor: Kavli Institute, Beijing, China
Estatus: Publicado en Science

Al igual que los seres humanos las estrellas nacen, crecen y se mueren. Dicha muerte estelar se manifiesta a través de una explosión masiva produciendo intensos destellos de luz que pueden durar desde varias semanas hasta varios meses. Este tipo de fenómeno es responsable por el descubrimiento de la expansión del universo, el nacimiento de nuevas estrellas y la esparsión de elementos a través del universo. Las explosiones estelares se clasifican en tres tipos: 1) Novas, 2) Supernovas y 3) Supernovas superluminosas (Hipernovas). En el artículo de hoy discutimos el descubrimiento de la explosión estelar más brillante jamás observada: ASASSN-15lh.

La imagen de la izquierda muestra la galaxia anfitriona amarillo-naranja antes del descubrimiento de la supernova. La imagen de la derecha muestra la supernova, cuya luz azul eclipsa su galaxia. (Dark Energy Survey / ASAS-SN Team)

La primera observación de ASASSN-15lh ocurrió hace aproximadamente seis meses, Junio 2015, a través del ‘All-Sky Automated Survey for Supernovae’ (ASAS-SN). Esta encuesta observa repetidamente las mismas áreas del cielo en búsqueda de ráfagas de luz efímeras. Un cambio repentino, pero sutil, en el flujo de luz llamó la atención de los autores y sirvió de motivación para indagar más a través del uso del Observatorio de Red Global de Telescopios Las Cumbres (LCOGT por sus siglas en inglés), y en el telescopio espacial Swift.

Figura 1: Espectros de ASASSN-15lh (negro) en comparación con SLSN-I PTF10cwr / 2010gx SN (rojo). El panel izquierdo indica que los espectros de ASASSN-15lh carecen en general de rasgos distintivos, con excepción de las características de absorción etiquetadas ‘a’, ‘b’ y ‘c’ (marcado en azul). Estas características coinciden con las de PTF10cwr 2010gx / SN y se atribuyen absorción de O II. Sin embargo, la característica ‘d’ (marcada en rojo) no está presente en ASASSN-15lh. El superior izquierdo muestra de cerca la característica ‘a’ y denota una similitud en la forma, profundidad y velocidad para los dos supernovas. El panel inferior izquierdo muestra el corrimiento al rojo de ASASSN-15lh (z = 0,2326); que se determina a partir dela absorción de Mg II.

En su artículo científico, Subo Dong y su equipo presentan análisis espectral, análisis de ajuste de curvas de luz y análisis óptico. El análisis óptico indica que ASASSN-15lh exhibe características típicas de las estrellas en explosión por, ejemplo, la luz azul que ilumina de repente y luego comienza a desaparecer de manera más gradual a distancia. Además, presenta una luminosidad de 2,2 ± 0,2  x 1045 erg s – 1, que es más del doble que cualquier supernova anteriormente conocida. El análisis espectral, por su corrimiento al rojo, revela que la fuente de luz de ASASSN-15lh había viajado 2,8 millones de años para llegar a la Tierra. También indica que este objeto carece de líneas de hidrógeno y helio en su espectro, por lo que parece similar a las supernovas de tipo Ia (que provienen de la explosión de enanas blancas). Sin embargo, su brillo la sitúa en la clase de la llamada supernovas superluminosa, o hipernova. He aquí algo distintivo y nunca antes visto: esta explosión presenta características tanto del grupo 2) como del grupo 3) ¡una hipernova que carece de helio e hidrógeno! Esto es más inusual de lo que parece puesto que en supernovas superluminosas anteriores se ha observado que tienden a explotar en medios ricos en Helio.

Figura 2: Curva de magnitud (brillantez) de ASASSN-15lh (rojo) en comparación con otras supernovas. ASASSN se destaca de la distribución de luminosidad, su pico de magnitud absoluta bolométrica es más de ~1 mag más luminosa que cualquier otra SLSN-I.

Las curvas de luz obtenidas muestran cómo el brillo de la supernova cambió con el tiempo. Al ser comparada con otras supernovas, en su pico, ASASSN-15lh era 200 veces más brillante que una típica supernova de tipo Ia y dos veces más brillante que la supernova superluminosa que poseía el récord anterior, iPTF13ajg. Incluso meses después, este objeto único continúa emitiendo más energía por segundo que todas las estrellas en la Vía Láctea. Pero, ¿de dónde saca tanta energía si reside en un medio con poco Helio? Actualmente, se conoce poco acerca del por qué existen las supernovas superluminosas. La explicación comúnmente utilizada para este tipo de explosión estelar, sugiere que las capas exteriores de la estrella chocan violentamente con el material alrededor de la estrella, por lo que la explosión aparece más brillante en el proceso. Pero el espectro de ASASSN-15lh no muestra líneas de hidrógeno, que serían comunes en el material alrededor de la estrella, por lo que esta explicación se descarta inmediatamente.

Otra explicación, quizás la más prometedora, sugiere una fuente de energía más exótica. Cuando una estrella masiva, pero no demasiado grande, se convierte en supernova, su núcleo implosiona para formar una estrella de neutrones giratoria. Si las circunstancias son adecuadas, estos restos estelares podrían transportar campos magnéticos extremos (100 trillones de veces el campo magnético promedio del Sol). Estas estrellas de neutrones que giran rápidamente y tienen campos súper-magnéticos se conocen como magnetares; y podrían alimentar algo mucho más brillante que una estrella en explosión ordinaria. Los magnetares pueden explicar otras supernovas superluminosas. Pero ASASSN-15lh ya ha emitido más energía de la que un magnetar podría proporcionar: 100 mil millones de veces más que lo que el Sol emite en el mismo período de tiempo. Y eso es sólo la energía emitida durante los primeros cuatro meses de la supernova, que es lo publicado en el artículo de Science.

Esta supernova desafía todo lo sabemos sobre la muerte estelar y la hipernovas; su fuente de energía aún está por descubrirse. Observaciones de seguimiento son necesarias para descifrar este misterio.