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¿Que explotó una vaca?

  • Título del artículo técnico: The Fast, Luminous Ultraviolet Transient AT2018cow: Extreme Supernova, or Disruption of a star by an Intermediate-Mass Black hole?
  • Autores: Daniel A. Perley, Paolo A. Mazzali, Lin Yan, S. Bradley Cenko, Suvi Gezari, Kirsty Taggart, Nadia Blagorodnova, Christoffer Fremling, Brenna Mockler, Avinash Singh, Nozomu Tominaga, Masaomi Tanaka, Alan M. Watson, Tomás Ahumada, G. C. Anupama, Chris Ashall, Rosa L. Becerra, David Bersier, Varun Bhalerao, Joshua S. Bloom, Nathaniel R. Butler + 42 authors.
  • Institución del primer autor: Astrophysics Research Institute, Liverpool John Moores University, Liverpool, England, Reino Unido.
  • Estado: Disponible en arXiv en Agosto 2018, enviado a MNRAS.

 

Hoy en día, los cielos nocturnos están siendo vigilados constantemente. Quizás no con la rapidez que quisiéramos, pero existen proyectos como ZTF, ASAS-SN o ATLAS que están obteniendo imágenes constantemente del cielo nocturno. Como curiosos que son ustedes lectores, probablemente se estén preguntando por qué es que estamos monitoreando constantemente el cielo. La respuesta a ese por qué es muy amplia, pero es importante señalar que al observar constantemente los cielos podemos, entre otras cosas, vigilar posibles amenazas a la tierra (asteroides), estudiar estrellas variables o detectar eventos transitorios como novas, kilonovas, supernovas, explosiones de rayos gamma o eventos de destrucción a causa de mareas (Tidal disruption events o TDE por su sigla en inglés). Este astrobito trata particularmente una extraña explosión cósmica ocurrida hace un par de meses.

Pasó que en Junio de este año (2018), el ‘Asteroid Terrestrial-impact Last alert System’ (ATLAS) detectó una explosión muy peculiar. Extraña. Nunca antes registrada. En uno de los brazos espirales de la galaxia  CGCG 137-068, ubicada a 60 Mpc, se descubrió un objeto de magnitud 14.7, lo que significa que es de 10 a 100 veces más brillante y energética que una supernova común. Recordemos que una supernova es la explosión final de una estrella, que sucede cuando el núcleo de la estrella colapsa gravitacionalmente sobre sí mismo y libera inmensas cantidades de energía. Una supernova, esta explosión recién descrita que involucra solo una estrella, puede llegar a brillar tanto o más que una galaxia – que en general contienen unas cien mil millones de estrellas, por eso el nombre de super-nova. ¡Si quieres saber más de supernovas, lee este astrobito! De hecho en la figura 1, puedes ver lo brillante que alcanzó a ser este objeto. La galaxia está completamente opacada.

Figura 1: Figura 1 del artículo, muestra el antes, durante y después de la explosión. En el centro se puede ver la galaxia y ATLAScow es evidente en los paneles central y derecho. El panel de la izquierda muestra la galaxia 15 años atrás, sin evidencia del objeto.

 

Normalmente, los eventos transitorios que irrumpen el espacio (‘transients’ en inglés) son nombrados por la colaboración que lo descubrió. En este caso, el objeto fue nombrado ATLAScow (cow significa vaca en inglés) lo que lo hace particularmente distinguible. Lo curioso es que la serie de letras que vienen luego de ‘ATLAS’ son en aleatoriamente escogidas, como las placas o patentes de los autos. Así que, por una u otra razón, este efímero evento es muy particular.

Ahora vamos a los datos. Después de haber sido descubierto, ATLAScow causó sensación entre la comunidad científica. Salió en los diarios y muchas instituciones de investigación hicieron pequeñas notas periodísticas acerca del evento. Por lo mismo, no debería sorprendernos que éste haya sido uno de los eventos más monitoreados del último tiempo. Esto se debe en parte a que la comunidad ha unido fuerzas para mantener eventos como éste bajo la lupa por lo que sea que dure su brillo. Mal que mal, estos eventos son raros y es de suma importancia obtener la mayor cantidad de datos mientras se pueda.

Figura 2: Figura 2 del artículo mostrando la evolución multi-banda del evento ATLAScow.

La figura 2 muestra con exquisito detalle las curvas de luz del objeto obtenidas con diferentes telescopios alrededor del mundo y en diferentes bandas. Con estos datos es posible comenzar a entender qué es lo que este objeto esconde. Las explosiones más abundantes en el espacio son supernovas, por lo que es natural comparar estas curvas de luz con las curvas de luz de una supernova. Las supernovas presentan dos máximos en su luminosidad (mira esta hermosa curva de luz en la figura 3), el primero debido a la onda de choque y el segundo debido a la energía del decaimiento de los elementos pesados creados durante la explosión, como por ejemplo el níquel.  El problema es que ATLAScow no presenta un segundo pico y los datos fotométricos no se ajustan a un decaimiento radiactivo. De hecho se ajustan mejor a la emisión de un cuerpo negro con el pico en el rango ultravioleta. A pesar de eso, hay ciertos elementos que nos indican que además de la emisión térmica, existe una componente en el infrarrojo/radio que sugiere una emisión de sincrotrón asociada. Todo esto hace pensar que ATLAScow no es una supernova, o al menos no una que conozcamos muy bien ni que se ajuste a los modelos actuales.

Por otro lado, tenemos a los espectros de este misterioso objeto. Una de las ventajas de haber descubierto este objeto tan temprano en su curva de luz es que montones de espectros pueden ser tomados para su posterior estudio. El espectro nos da una información distinta a la de los datos fotométricos. El espectro nos habla de los elementos que están presentes en la explosión y de las velocidades que se produjeron. Ahora, sabiendo la velocidad del gas, se puede estimar una distancia o un tamaño para el remanente del evento después de un determinado periodo de tiempo.

Figura 3: Figura 4 del artículo donde se presentan los espectros obtenidos y su evolución con el tiempo. Los espectros más antiguos son los que aparecen más arriba y el número que lo acompaña indica la cantidad de días que hay entre el descubrimiento y la toma del espectro.

El estudio del espectro mostró muchos elementos descriptivos (Figura 3). En un principio, ATLAScow no tenía líneas de emisión o absorción. A partir del cuarto día, una línea de absorción muy ancha comenzó a aparecer en distintos espectrógrafos e incluso era detectable en la fotometría. Esta línea es muy peculiar y nunca antes había sido vista en una explosión así. El ancho de la línea nos habla de que la explosión fue muy energética, con velocidades inferidas de aproximadamente una décima parte de la velocidad de la luz. Después de unos días, esta línea se disipa y da paso a líneas de hidrógeno y helio que no tienen relación con ningún proceso radiactivo, alejando a ATLAScow del reino de las supernovas.

¿Entonces qué es ATLAScow? A pesar de lo mucho que sabemos del objeto, de la enorme cantidad de datos y espectros que se han tomado, es difícil dilucidar la naturaleza de esta explosión. La propuesta natural es que sea una supernova especial, poco frecuente, como por ejemplo una supernova clase Ic-BL, que es más brillante que una supernova de colapso nuclear. El problema es que este evento no está bien caracterizado por los estos modelos de supernova. Recordemos que no presenta un decaimiento radiactivo, tampoco presenta líneas delgadas de otros elementos que indicarían decaimiento radiactivo como fuente energética y presenta una rápida caída en luminosidad en vez de mantenerse estable en un ‘plateau’.

La otra posibilidad es que ATLAScow sea un TDE bastante peculiar. Los TDE ocurren cuando una estrella es destruida o desarmada debido a la gravedad de un objeto, al pasar cerca de éste. Los únicos objetos con la gravedad suficiente para desarmar una estrella son los agujeros negros, por lo que los TDE son generalmente encontrados en los centros galácticos, asociados a los agujeros negros supermasivos que cada galaxia posee en su centro. Todas las características de ATLAScow que no se ajustan a el modelo de supernova, son relativamente fáciles de explicar usando lo que sabemos acerca de los TDEs. Por ejemplo, las líneas de hidrógeno y helio están naturalmente asociadas a estos eventos, y presentan altas temperaturas lo que explicaría la emisión térmica tan azul. Lo extraño es que ATLAScow sucedió en uno de los brazos espirales y no en el centro de la galaxia, y la evolución es mucho más rápida que la de los TDEs conocidos. Esto se podría explicar si consideramos un agujero negro de masa intermedia que podría haber estado en algún cúmulo globular de esa galaxia. Aun así, sigue siendo difícil clasificar este objeto, porque nunca antes se ha visto un TDE asociado a un agujero negro de masa intermedia y se necesita más trabajo teórico que se adentre en estos inexplorados reinos de la astrofísica.

 

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