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Supernova… Supernova… ¡Supernova!

Título del artículo técnico: Hubble Space Telescope Reveals Spectacular Light Echoes Associated with the Stripped-envelope Supernova 2016adj in the Iconic Dust Lane of Centaurus A

Autores: M.D. Stritzinger, F. Taddia, S. Lawrence et al.

Institución del primer autor: Aarhus University, Denmark

Estado: arxiv [open access] 

Astrobite original: Supernova.. supernova.. supernova!  por Viraj Karambelkar; editado por Katy Proctor. 

Imagen destacada. Crédito: NASA/ESA/H.E. Bond (STScI).

Imagen destacada. Crédito: NASA/ESA/H.E. Bond (STScI).

Las muertes de las estrellas masivas se anuncian con explosiones espectaculares, llamadas supernovas. Si las condiciones alrededor de la estrella que explota son las correctas, se pueden observar los ecos de la explosión. El artículo de hoy presenta impresionantes imágenes de ecos observados en una supernova en la cercana galaxia Centaurus A.

¿Qué son los ecos de luz?

Un eco requiere dos ingredientes: una onda y una superficie reflectante. Los ecos sonoros están causados por ondas reflejándose en las paredes de una cueva o una montaña. Similarmente, los ecos de luz están causados por luz (ondas) reflejándose en algo llamado “nubes de polvo” en la galaxia de la supernova.

La luz de la supernova extremadamente luminosa alumbra el medio interestelar (ISM, por sus siglas en inglés), extendiéndose por varios cientos de pársecs alrededor de la estrella. Este ISM normalmente continene grandes cantiades de “polvo” espacial. El polvo espacial (polvo cósmico) está formado esencialmente de pequeñas partículas de material sólido, compuesto principalmente por carbono y algunos otros metales. Estas partículas de polvo pueden variar de tamaño, desde unos pocos micrómetros hasta algunos milímetros, y se difunden por grandes regiones de una galaxia. Puedes distinguir las grandes nubes de polvo de la Vía Láctea incluso con el ojo desnudo en una noche clara. Estas partículas de polvo son dispersores de luz muy eficientes.

Bajo circunstancias normales, una astrónoma viendo una supernova solo ve luz proveniente de la explosión. Sin embargo, si la geometría y la orientación de las nubes de polvo alrededor de la supernova son las correctas, puede incluso llegar a observar la luz dispersada proveniente de estas nubes de polvo. Esta luz dispersada es llamada el “eco de luz” de la supernova. Estos ecos se ven normalmente como anillos circulares, como se ve en la figura 1. La extensión angular de estos anillos es típicamente muy pequeña. Por tanto, necesitamos telescopios con una resolución angular extremadamente alta para observarlos. Adicionalmente, la extensión angular de los anillos escala inversamente con la distancia a la supernova (recuerda la trigonometría). Los ecos de luz de supernova son por tanto observables solo para unas pocas explosiones extremadamente cercanas, haciendo de ellos un fenómeno observacionalmente raro.

Figura 1: Esquema de un eco de luz formado por dispersión de polvo. Crédito: Sebastián Heinz, et al.

 

Ecos de luz de SN2016adj

Los autores del artículo de hoy se enfocaron en encontrar los ecos de luz de la supernova SN2016adj. Esta supernova fue descubierta en 2016 por el equipo de búsqueda de supernovas de observatorios de patio trasero, en la galaxia extremadamente cercana Centaurus A. Los autores tomaron imágenes de la posición de la supernova usando el Telescopio Espacial Hubble (HST, por sus siglas en inglés) en ocho ocasiones entre 2016 y 2021. Sus observaciones se realizaron usando tres filtros que abarcaban un rango de longitudes de onda visibles desde 440 nm a 918 nm. La resolución angular exquisita del HST les permitió detectar no uno, sino múltiples anillos ecos de esta supernova. Estas imágenes se muestran en la figura 2.

Como se ve en la figura 2, los autores identifican cuatro componentes distintas de ecos de luz de la supernova. Como se espera, los anillos internos son observados en momentos más tempranos, mientras que los anillos externos se vuelven visibles solamente en épocas posteriores cuando la luz de la supernova ha alcanzado las nubes de polvo más distantes. Los autores notan que el primer eco de luz se se observó 75 días tras la explosión, y que es la detección más temprana de un eco de luz en una supernova jamás registrada.

Figura 2: Imágenes de HST del eco de luz de SN2016adj. Los tres paneles superiores muestran imágenes de cada filtro, y el panel inferior muestra la imágen compuesta RGB obtenida combinando los panelessuperiores. Crédito: figura 1 del paper.

 

¿Qué nos dice el eco?

Los ecos de luz son una herramienta poderosa para sondear la estructura del medio interestelar en la galaxia de la supernova. Usando el radio angular observado de los anillos del eco de SN2016adj, los autores calcularon  la distancia entre la supernova y las nubes de polvo que produjeron cada anillos. Encontraron que todos los ecos de luz se produjeron dentro de 60 a 320 pársecs de la estrella que explotó (por comparación,  la extensión total de la galaxia Centaurus A es más de 20000 pársecs. También midieron el grosor de las  nubes de polvo individuales, que varía desde 16 a ~100 pársecs.

También midieron la intensidad total de la luz proveniente de cada eco, y cómo su brillo evolucionó con el tiempo. Usando los flujos relativos en los tres filtros, calcularon la “profundidad óptica” de cada nube de polvo. La profundidad óptica parametriza cuánta luz absorbe una nube de polvo, y por tanto es una medida de la densidad de la nube y de su extensión espacial (más densa, mayor tamaño = más absorción de luz). Utilizando esta información, construyeron un mapa 2D simple del polvo alrededor de esta supernova. Este mapa consiste en cuatro láminas de polvo desiguales, donde cada lámina tiene grandes agujeros dado que el polvo está distribuido de forma inhomogénea.

Los autores destacan que es posible construir un mapa 3D completo del polvo usando estas observaciones, lo cual intentarán hacer en un estudio futuro. Observaciones adicionales de esta supernova con el HST trazarán la evolución tardía de los ecos de luz, y también podrían identificar ecos adicionales.

 

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