Título del artículo original: The Observable Supernova Rate in Galaxy-Galaxy Lensing Systems with the TESS Satellite
Autores: W. Holwerda. et al.
Institución del primer autor: Universidad de Louisville, Departamento de Física y Astronomía, Louisville, Estados Unidos.
Estado de la publicación: aceptado para publicación en MNRAS, acceso abierto en arXiv.
Buscando un nuevo uso para TESS
Hace ya tres años se lanzó al espacio el Satélite de Sondeo de Exoplanetas en Tránsito, o TESS por sus siglas en inglés (Transiting Exoplanet Survey Satellite). Como bien indica su nombre, este telescopio de la NASA se especializa en buscar exoplanetas usando el método del tránsito. Los resultados son impresionantes, ya que en sus dos primeros años de funcionamiento ha conseguido descubrir 2200 planetas orbitando alrededor de otras estrellas.
Si bien los resultados son impecables y se espera que sigan llegando detecciones de planetas que puedan tener condiciones exóticas, entre la comunidad científica hay quién no se conforma con esto. El diseño instrumental de TESS hace que se muy bueno detectando fenómenos transitorios brillantes, tales como el paso de un exoplaneta por delante de su estrella, pero no es el único y en artículo de hoy se preguntan: ¿se podrían detectar supernovas? Son muy brillantes y son transitorias, un día aparecen y con el tiempo van disminuyendo su brillo. El mayor problema de esta idea es que TESS está preparado para operar en nuestra galaxia, y la mayoría de supernovas que se detectan están en galaxias muy distantes, lo que disminuye el brillo aparente que vemos. Por suerte el propio universo nos ofrece un telescopio natural para aumentar el brillo, las lentes gravitacionales. De manera resumida, es fenómeno sucede cuando el objeto que queremos observar está completamente tapado por otro objeto masivo, por ejemplo, una galaxia más cercana que nos impide ver una galaxia más lejana. Pero entonces los rayos de luz que pasan cerca del borde de la galaxia cercana son curvados por la gravedad, permitiendo así que lleguen a la Tierra y podamos ver la galaxia más lejana.
¿Y porqué supernovas?
La respuesta sencilla es: ¿Y porqué no?
Los eventos de supernova en una galaxia que está siendo sometida al efecto de lente gravitacional son raros, no muy frecuentes, pero son oportunidades únicas para realizar pruebas independientes que pongan a prueba nuestros conocimientos actuales sobre cosmología. Las diferentes imágenes de la supernova que se observa en una lente gravitacional han recorrido diferentes caminos, por lo que se espera que cada imagen se observe con una diferencia temporal de varios días. Con esta información podemos saber las distancias que ha recorrido la luz en los distintos caminos, lo que sirve para poner a prueba nuestros modelos sobre relatividad general, materia oscura y energía oscura ya que estos caminos se ven influenciados por la expansión del universo. De forma que la diferencia en tiempo que tardan los rayos en llegar hasta la Tierra se puede usar para calcular la constante de Hubble. Por supuesto para todo estos necesitamos que TESS detecte los rayos de luz, por lo que estos tienen que ser emitidos por algo muy, muy brillante, supernovas.
Haciendo números
Para los cálculos del artículo se han tenido en cuenta todos los tipos de supernova, tanto termonucleares (SNIa) como de colapso gravitatorio (SNcc). Sin embargo, no se tienen en cuenta las lentes gravitatorias con un redshift (un parámetro que nos indica cuán lejos está un objeto) mayor que 0.5, por lo que los números finales estarán infravalorados. El brillo de la supernova se puede ver disminuido por distintos factores, como la cantidad de polvo en su galaxia, por lo que para hacer las cuentas solo se han escogido galaxias con una masa similar a 1000 millones de veces la del Sol, ya que son el tipo de galaxias que normalmente tienen formación estelar activa. Este último fenómeno, la formación estelar, está directamente relacionado con la cantidad de supernovas por año que se generan en una galaxia, este es el número que nos interesa, cuantas más supernovas haya, más podremos detectar. Pero aquí llega el primer gran filtro, el límite de brillo que es capaz de detectar TESS.
En la figura 3 vemos como el límite de detección de TESS deja fuera la gran mayoría de supernovas. En ambos casos los números están igualados, ya que, aunque las SNIa son más brillantes las SNcc son más comunes. Tras varios cálculos teniendo en cuenta el ritmo y brillo de cada supernova, así como la posibilidad de que su brillo nos llegue amplificado por el efecto de una lente gravitacional, se obtiene que en todo el cielo TESS podría detectar 16.4 SNIa por año y hasta 44.1 SNcc por año. Pero de nuevo el telescopio nos vuelve a limitar, TESS cubre una veintiocho parte del cielo (1/28) cada 27 días, tardando 2 años en cubrir el cielo entero. Esto significa que entre los datos de los 2 primeros años de TESS podría haber hasta 1.3 SNIa y 13.4 SNcc que han sido amplificadas por lentes gravitacionales. Lo que se queda en 0.5 SNIa y 6 SNcc si nos limitamos a una magnitud aparente de 18 (para hacenos una idea la magnitud o brillo aparente de Venus, que podemos verlo normalmente al amanecer, es de -4, es decir, el límite de TESS son objetos 6000 veces menos brillantes), para así no apurar demasiado el límite de detección de TESS y asegurarnos que los datos van a ser suficientemente buenos. En futuras misiones de TESS estos números podrían mejorar si se aumentase el tiempo de la misión, actualmente son ciclos de 2 años; también podría mejorar si se implementa un sistema de alerta que detectase el aumento de brillo que se produce cuando explota la supernova, y así poder redirigir rápidamente el apuntado del telescopio. Otra posible opción sería monitorizar las lentes gravitacionales conocidas. A pesar de que los números estén un poco en contra, la posibilidad de poder detectar un evento como este y medir la constante de Hubble de manera independiente, hace que poner en marcha un estudio como el propuesto en este artículo merezca la pena.
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