En búsqueda de remanentes de supernova a través del tiempo

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Supernovas en la historia.

Algunas estadísticas apuntan a que en una galaxia espiral como la nuestra explotan unas 2 supernovas cada 100 años, la última en nuestra galaxia visible desde la Tierra fue en 1604 y la observó nada menos que Kepler. Así que, cuando menos lo esperemos, aparecerá en el cielo una “estrella invitada”, brillará tanto o más que el Sol hasta el punto que puede ser visible a simple vista. No solo Kepler observó esta supernova, también hay registros astronómicos de otras culturas que detallan su posición en el cielo y su brillo. Estos datos y registros más detallados han permitido buscar el remanente de la supernova, que usualmente suele ser una nebulosa. Sin embargo, no de todas las supernovas conocemos cual es su remanente.

Hace casi 1000 años, concretamente en 1181, una supernova explotó en nuestra galaxia siendo visible desde la Tierra, y aunque por desgracia la mayoría de las culturas de la época no dejaron registros de tal evento, existen archivos astronómicos chinos y japoneses que describen con detalle la supernova. Esta “estrella invitada” apareció en el firmamento el 6 de Agosto y fue visible durante 185 días, hasta el 6 de Febrero del año siguiente. Según los escritos antiguos llegó a brillar tanto como Saturno, y estaba cerca de la constelación de Wanglian en bajo Huagai. No te preocupes si estas constelaciones te suenan a chino, porque lo son. Por supuesto antiguamente no tenían las precisas medidas que tenemos hoy en día, así que de las 5 posiciones descritas en los archivos históricos solo podemos sacar una posible región.

Candidatas a remanente.

En las últimas décadas se ha intentado buscar estrellas o nebulosas que pudieran ser el remanente de la supernova. Hasta hace poco se pensaba que la nebulosa G130.7+3.1 (en el artículo la llaman 3C 58) era lo que quedó tras aquella explosión, era la única nebulosa/estrella visible en la zona donde la supernova explotó. Pero el 25 de Agosto de 2013 entró en juego Pa 30, una nebulosa descubierta por la astrónoma amateur Dana Patchick y el proyecto WISE. Esta nebulosa no solo encaja mejor con las supuestas coordenadas de la explosión, sino que en el centro tiene una estrella enana extremadamente débil. Lo que encaja con la teoría ya que tras la explosión, algunas supernovas de tipo Ia, podrían dejar detrás este tipo de estrellas además de la nebulosa. En la Figura 1 se puede ver un mapa celeste con las posiciones de nuestras dos candidatas y una estimación del área donde debió haber ocurrido la explosión.

Figura 1: Mapa celeste con la posición de la supernova (círculo azul), las dos candidatas a remanente y diferentes constelaciones. Las líneas rojas marcan las distintas constelaciones chinas. Según los registros chinos la supernova estaba entre Huagai y Chuanshe, cerca de Wangliang. Crédito: figura 3 del artículo.

Lo que el viento se llevó.

Ahora sí, empezamos con la parte científica, ¡agárrate que vienen curvas!

Primero recodemos rápido algo sobre las supernovas de tipo Ia. Este tipo de fenómenos son de los más luminosos conocidos, y su origen es un poco incierto. Por un lado, podría ocurrir cuando una estrella está muy cerca de una enana blanca, de forma que esta pequeña empieza a robarle material a la grande hasta que no puede más y explota (aquí te dejo información más detallada del proceso) creando una onda de expansión que terminará siendo una nebulosa y una estrella en su centro, este caso se le conoce como un simple degenerado. La otra opción sería que dos enanas blancas que orbitasen cerca una a la otra, se fusionasen y provocasen la explosión, lo que aparte de la nebulosa podría dejar detrás la enana blanca resultante. En ambos casos la onda expansiva se expande a grandes velocidades y sin que nada la frene durante cientos de años, hasta que se encuentra con el medio interestelar y comienza a parar. Sabiendo la distancia a la que se encuentra la remanente se puede obtener una medida del tamaño de la nebulosa, y suponiendo que la velocidad que medimos en esa nebulosa ha sido constante podemos calcular la edad, es decir, hace cuánto empezó a expandirse.

Pues bien, esta onda expansiva fue medida en 3C58 con un radio telescopio y se estimó que tenía una edad de 7000 años, un poco vieja para ser candidata, ¿no? Sin embargo, años más tarde se comprobó que la distancia era más pequeña de lo que se pensaba, lo que haría que la candidata fuese más joven, pero eso añadía otro problema. Si brilló tanto como Saturno, y en realidad está más cerca de lo pensado, significaría que fue una de las supernovas más débiles que jamás hayamos observado. Todo problemas.

Pero cuando se descubrió Pa 30 la maquinaria se puso de nuevo en marcha, se tomaron imágenes en el Observatorio Nacional de Kitt Peak (KPNO). Al ver la nebulosa, que son potentes emisoras de rayos X se hizo uso del telescopio XMM-Newton para ver su emisión. Y por último con el Gran Telescopio de Canarias se tomaron espectros de la supernova para poder medir su velocidad de expansión. En la Figura 2 se pueden ver imágenes de las diferentes observaciones.

Figura 2: Imágenes de Pa30 tomadas con diferentes telescopios. En la imagen a. tenemos la imagen de WISE, con la que se descubrió la nebulosa. En la b. tenemos las observaciones en rayos X del telescopio XMM-Newton, donde están marcados en blanco los contornos de igual emisión. Y en la imagen c. está la observación del telescopio KPNO, donde se marca con una cruz verde la posición de la estrella central. También se pueden ver las escalas en las esquinas inferior izquierda de las imágenes a. y c.
Crédito: Figura 1 del artículo.

La velocidad medida en Pa30 es de unos 1100 km/s, que junto a la distancia estimada de 2.3 kiloparsecs, dan lugar a una edad aproximada de 990 años. Esta candidata no solo está más cerca en el cielo del lugar donde los registros chinos datan la explosión, sino que además su edad cuadra a la perfección.

Otro punto a favor, que vemos en la figura 2, es que la estrella central tiene bastante emisión en rayos X y su espectro fue ajustado mostrando la falta de elementos como neón, magnesio, silicio y azufre, lo que puede ser interpretado como una enana blanca resultado de la fusión incompleta de una supernova de tipo Ia en el caso de doble degeneración. Esto último a su vez da más fuerza a la medida sobre la velocidad de expansión y la edad. Ya que la velocidad de expansión se supone constante, sin embargo, en el caso de degeneración simple, la estrella gigante que acompaña a la enana blanca va soltando material durante su vida mediante vientos estelares. Este material se quedaría alrededor de ambas estrellas y cuando la supernova explotase la onda expansiva no tardaría mucho en chocar con este material y frenarse, en cuyo caso la velocidad medida debería haber sido mucho más pequeña. No sé que te parece a ti, pero a mi el artículo de hoy me ha convencido de que la nebulosa Pa 30 es la remanente de la supernova de 1181, y cuyo estudio ha sido posible gracias a la colaboración de la astronomía de hace 1000 años con la de hoy en día.

Fuente: Astrobitos (Astrobites en español). Artículo publicado el 25 de Octubre, 2021, por Jorge Romero Gómez.

Material relacionado

Sobre el astrónomo aficionado Dana Patchick

Sobre los remanentes de algunas supernovas históricas en la Vía Láctea

Una cronología de candidatos históricos a supernovas. Agrandar imagen.
Crédito de la imagen: NASA / CXC / SAO.

Las supernovas históricas y sus restos pueden vincularse tanto a las observaciones astronómicas actuales como a los registros históricos del evento. Dado que puede ser difícil determinar a partir de las observaciones actuales de su remanente exactamente cuándo ocurrió una supernova, las supernovas históricas proporcionan información importante sobre las líneas de tiempo estelares. Los escombros estelares pueden decirnos mucho sobre la naturaleza de la estrella que explotó, pero la interpretación es mucho más sencilla dada una edad conocida.

Una supernova expulsada de las páginas de la historia

Las observaciones de Chandra del remanente de supernova G11.2-0.3 en nuestra galaxia han eliminado su conexión con un evento registrado por los chinos en 386 EC. Datos recientes de Chandra muestran que densas nubes de gas se encuentran a lo largo de la línea de visión desde el remanente de supernova hasta la Tierra, oscureciéndola en longitudes de onda ópticas. Esta imagen de G11.2-0.3 muestra rayos X de baja energía en rojo, el rango medio en verde y los rayos X de alta energía detectados por Chandra en azul. Los datos de rayos X se superpusieron en un campo óptico del Digital Sky Survey, revelando estrellas en primer plano. Escala: la imagen tiene 9 minutos de arco de ancho (unos 43 años luz). 
Crédito de la imagen: rayos X: NASA / CXC / NCSU / K.Borkowski et al; Óptico: DSS.

Sobre el remanente de la supernova observada en 1054 por los astrónomos chinos: la Nebulosa del Cangrejo.

Imagen de la estructura de la Nebulos del Cangrejo. En el año 1054 d. C., los observadores chinos del cielo presenciaron la aparición repentina de una «nueva estrella» en los cielos, que registraron como seis veces más brillante que Venus. Esto lo convierte en el evento estelar observado más brillante en la historia registrada. Esta «estrella invitada», como la describieron, era tan brillante que la gente la vio en el cielo durante el día durante casi un mes. Los nativos americanos también registraron su misteriosa aparición en petroglifos. Los astrónomos y especialistas en visualización (NASA) han combinado la visión en el visible, infrarrojo y rayos X de los Grandes Observatorios de la NASA. Crearon así, una representación tridimensional de la dinámica Nebulosa del Cangrejo. 
Créditos: NASA, ESA , F. Summers, J. Olmsted, L. Hustak, J. DePasquale y G. Bacon ( STScI), N. Wolk (CfA) y R. Hurt (Caltech / IPAC).

Sobre la importancia histórica de la Supernova de Tycho y el cometa de 1577, también observado por él, en el desarrollo de las ideas astronómicas.

Tycho Brahe observa la supernova por primera vez. Grabado del libro ‘Astronomie Populaire’ de Camille Flammarion (1872).

Sobre este tema junto a una descripción de los instrumentos que utilizaba Tycho, nos ilustra el prestigioso historiador de Harvard, Owen Gingerich en el siguiente artículo.

  • Tycho Brahe and the Nova of 1572. Supernovae as Cosmological Lighthouses, ASP Conference Series, Vol. 342. Proceedings of the conference held 15-19 June, 2004 in Padua, Italy. San Francisco: Astronomical Society of the Pacific, 2005, p.3

El mismo tema es abordado en el libro:

Sobre el remanente de la supernova de Tycho

Esta imagen de la SNR de Tycho del Observatorio de rayos X Chandra revela un patrón intrigante de grupos brillantes y zonas más débiles. Para enfatizar estas características, se seleccionaron dos rangos estrechos de energías de rayos X. Con ellos podemos aislar el material (silicio, color rojo) que se aleja de la Tierra y el que se mueve hacia nosotros (también silicio, color azul). Los otros colores (amarillo, verde, azul-verde, naranja y morado) muestran una amplia gama de diferentes energías y elementos, y una mezcla de direcciones de movimiento. Los datos de rayos X de Chandra se muestran sobre una imagen óptica de las estrellas en el mismo campo de visión, del DSS. 
Crédito de la imagen: NASA / CXC / RIKEN / Centro de vuelo espacial Goddard de la NASA / T. Sato et al / DSS.

La Supernova de Kepler

Los Telescopio Espaciales Hubble, Spitzer y el Observatorio de rayos X Chandra, unieron fuerzas para sondear los restos en expansión del remanente de supernova de Kepler. La supernova fue vista por primera vez hace 400 años por observadores del cielo, incluido el astrónomo Johannes Kepler. La imagen combinada revela una capa de gas y polvo en forma de burbuja que tiene 14 años luz de ancho y se expande a 4 millones de millas por hora (2.000 kilómetros por segundo). Las observaciones de cada telescopio resaltan características distintas del remanente de supernova. Una capa de material rico en hierro de movimiento rápido de la estrella que explotó. Dicha capa está rodeada por una onda de choque en expansión que está barriendo gas y polvo interestelar. Más información.
Crédito: NASA / ESA / JHU / R.Sankrit & W. Blair.

Curiosidades

El día en que Betelgeuse se transforme en supernova. (Animación).

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