Un equip internacional liderat pel Dunlap Institute de la Universitat de Toronto ha observat una supernova de tipus Ia des del mateix moment del seu naixement. Els resultats de l’estudi, en què participa l’investigador de l’Institut de Ciències de l’Espai del CSIC i membre de l’IEEC Lluís Galbany, s’han publicat avui a Nature Astronomy

 

Utilitzant la xarxa de telescopis KMTnet (Korea Microlensing Telescope Network) a Xile, Sud-àfrica i Austràlia, un equip internacional liderat per investigadors de la Universitat de Toronto ha observat una supernova de tipus Ia des del mateix moment del seu naixement. Les observacions de l’estudi, en què participa l’investigador Lluís Galbany, de l’Institut de Ciències de l’Espai (ICE-CSIC) i membre de l’Institut d’Estudis Espacials de Catalunya (IEEC), es publiquen avui a la revista científica Nature Astronomy.

Les supernoves són el resultat d’explosions estel·lars. Entre aquestes explosions d’estrelles, les de tipus Ia són explosions termonuclears d’estrelles nanes blanques en sistemes binaris, i conformen la varietat de supernoves observades més comuna. Són de vital importància per a comprendre l’origen dels metalls i l’expansió accelerada de l’Univers.

Malgrat la seva importància, encara queden preguntes pendents de respondre sobre els seus orígens, ja que els mecanismes d’explosió de les supernoves la continuen sent objecte de debat entre la comunitat científica. En aquest context, els investigadors Yuan Qi Ni, Dae-Sik Moon i Maria R. Drout, del Dunlap Institute de la Universitat de Toronto, han dirigit un programa internacional per obtenir la detecció més primerenca de supernoves i fer observacions de seguiment integrals.

La supernova SN 2018aoz va explotar el 29 de març de 2018. L’equip científic va poder detectar-la una hora després de la seva primera llum, fet que suposa la detecció multibanda més primerenca d’una supernova de tipus Ia fins ara. A més, s’ha pogut obtenir informació del seu naixement que resulta crucial per saber   com va tenir lloc l’explosió.

Les supernoves tipus Ia triguen uns 16-19 dies des que exploten fins a assolir la màxima brillantor. “Si tinguéssim instrumentació observant tot el cel tota l’estona descobriríem SN en els seus primers instants, però fins fa uns 4-5 anys això no era possible”, aclareix l’investigador de l’ICE-CSIC i de l’IEEC Lluís Galbany, que ha participat a l’estudi.

Els nous projectes, com ASAS-SN, ZTF o ATLAS, utilitzen telescopis relativament petits per escanejar tot el cel més sovint i poden trobar objectes que no estaven abans amb una antelació que abans era impossible. “Abans era una fita descobrir una SN als 7 o 9 dies des de l’explosió i ara ja se’n poden descobrir bastants en el lapse d’1 a 3 dies des de l’explosió”, afegeix Galbany. En aquest cas, és fins i tot més primerenca, ja que la SN va ser detectada a partir d’una hora des de la primera llum de la seva explosió.

 Observacions amb la xarxa de telescopis KMTNet

La ràpida detecció de la SN 2018aoz va ser possible gràcies a la Xarxa de Telescopis de Microlents de Corea (KMTNet – Korea Microlensing Telescope Network), que consta de tres telescopis a l’hemisferi sud: a Xile, Sud-àfrica i Austràlia.

L’Institut de Ciències de l’Espai ha contribuït amb les observacions a l’infraroig realitzades des de l’observatori de Cerro Tololo a Xile (telescopi SMARTS, instrument ANDICAM). “La SN 2018aoz forma part d’un conjunt de supernoves tipus Ia que estàvem observant a l’infraroig per tal de mesurar distàncies a les seves galàxies i així poder determinar el ritme d´expansió de l´Univers local”, explica l’investigador de l’ICE-CSIC i membre de l’IEEC Lluís Galbany. “Aquesta SN era la més propera de les que estàvem seguint, i va resultar ser la més brillant del 2018, així que vam planejar observar-la amb més freqüència. Tan bon punt els nostres col·laboradors canadencs ens van notificar el descobriment tan primerenc, vam decidir fer un seguiment més detallat d’aquest objecte”, detalla.

Un ràpid envermelliment de la llum en les primeres hores

La SN 2018aoz suposa la detecció més primerenca d’una supernova fins ara. Aquesta detecció primerenca és més aviat feble, atès que des que la supernova explota fins que arriba al màxim de llum emesa passen entre dues i tres setmanes (són uns 16-19 dies), durant les quals la brillantor no fa més que augmentar. Les dades obtingudes revelen una concentració de metalls de la família del ferro a l’1 % més extern del material expulsat per la supernova. Això posa de manifest un ràpid envermelliment de la seva llum a, és a dir, una absorció temporal de la llum més blava, durant les dotze primeres hores de la infància de la supernova.

Aquest descobriment indica que les explosions normals de supernoves tipus Ia poden iniciar-se a causa de la combustió de material a la superfície o bé que pateixen un procés de barreja extrem que fa que els elements més pesats de l’interior emergeixen  cap a la superfície. Aquestes observacions són una fita important en la comprensió de com exploten les supernoves de tipus Ia. A més, aquestes dades tan primerenques permeten distingir entre diferents models d’explosió de supernoves Ia. Els resultats semblen indicar que el model que explica millor les observacions és un de “doble detonació”, segons el qual la detonació de la capa d’una nana blanca provocaria una ona de xoc amb energia suficient per provocar una altra detonació al centre de la estrella.

Artícle de referència:

‘Infant-phase reddening by surface Fe-peak elements in a normal type Ia supernova’, de Yuan Qi Ni, Dae-Sik Moon y Maria R. Drout et al., Nature Astronomy, DOI 10.1038/s41550-022-01603-4. https://www.nature.com/articles/s41550-022-01603-4

 

Instituto de Análisis Económico (IAE)

Imatge de la supernova Kepler, de tipus ‘Ia’. Crèdit: NASA/CXC/Univ of Texas at Arlington/M. Millard et al.