Descubrimiento aficionado abre la puerta al estudio de un remanente de supernova único          

Por: Jon Voisey, Universe Today.

16 de noviembre de 2023

PA 30 fotografiada en O III por KPNO (izquierda) y en S II. Crédito de la imagen: Fesen et al. 2023.

En 2023, la astrónoma aficionada Dana Patchick estaba mirando imágenes del archivo del Wide-field Infrared Survey Explorer, y descubrió un objeto circular difuso en la constelación de Casiopea. Encontró que esta aparente nebulosa era interesante porque era brillante en la porción infrarroja del espectro, pero prácticamente invisible en los colores de la luz visibles para nuestros ojos. Dana añadió este elemento a la base de datos del grupo de astrónomos aficionados Deep Sky Hunters, creyendo que se trataba de una nebulosa planetaria, el remanente silencioso de estrellas con una masa similar a la del Sol. Lo llamó PA 30.

Sin embargo, los astrónomos profesionales que lo captaron allí se dieron cuenta de que este objeto es mucho más grande de lo que parecía a primera vista. Ahora creen que es el remanente de una supernova perdida observada en 1181. Y, además, un tipo extremadamente raro. A principios de agosto de 1181, apareció una "estrella invitada" en la constelación que ahora conocemos como Casiopea. Para los astrónomos chinos de la época, se lo conocía como Chuanshe.

Tanto en las observaciones chinas como en registros japoneses, se estudió la apariencia de la estrella y afirman que permaneció visible durante 185 días, inmóvil con respecto a otras estrellas. En 1971, los astrónomos se dieron cuenta por primera vez de que esta "estrella invitada" era casi con certeza una supernova debido al tiempo que permanecía visible en el cielo nocturno. Esto hizo que la observación inicial fuera un informe extremadamente raro de una supernova histórica.

Se cree que las supernovas ocurren, en promedio, aproximadamente una vez por siglo en galaxias como la Vía Láctea pero, debido a que pueden quedar oscurecidas si están en el lado más alejado de la galaxia y oscurecidas por las densas franjas de polvo, no todas serán visibles para nosotros. En última instancia, esto convirtió a SN 1181 en una del prestigioso club de supernovas sospechosas en la historia registrada antes del surgimiento de la astronomía moderna. Y de ellos, sólo cuatro habían sido vinculados de manera concluyente con un remanente de observación. Si bien los astrónomos confían en que estas supernovas históricas fueron realmente supernovas, sin tener un remanente identificado, es imposible determinar el tipo de supernovas.

Anteriormente, SN 1181 había sido potencialmente asociado con un púlsar conocido como 3C 58, pero los intentos de determinar la edad de este objeto sugirieron que era demasiado antiguo para asociarlo con los registros chinos. Sin embargo, la detección de PA 30 cambió los acontecimientos, Apenas un año después de su descubrimiento, los astrónomos examinaron el objeto. En las nebulosas planetarias, la estrella central se ha desprendido de la mayor parte de sus capas exteriores, lo que deja al descubierto el núcleo de la estrella, aún extremadamente caliente.

La radiación de esta estrella calentará la nebulosa creada provocando líneas de emisión en los espectros. No obstante, estas líneas de emisión estaban ausentes en el espectro de PA 30. En 2016 se realizaron observaciones de seguimiento que revelaron vientos de la estrella central a velocidades "sin precedentes" de 16.000 km/s (5% de la velocidad de la luz). Se encontraron líneas de emisión desde la estrella central de oxígeno y carbono altamente ionizados, pero tanto la estrella central como la nebulosa carecían de hidrógeno y helio. La nebulosa se estaba expandiendo a velocidades de aproximadamente 1.100 km/s, hasta 100 veces la velocidad de expansión de una nebulosa planetaria típica.

Sin embargo, estas características tampoco coinciden del todo con las expectativas de una supernova. En primer lugar, la velocidad de expansión de la nebulosa fue menor que la de la mayoría de las eyecciones de supernovas. En segundo lugar, incluso en la mayoría de las supernovas, el hidrógeno y el helio deberían seguir presentes, ya que es la capa exterior de las estrellas la que se desprende de la explosión. El primer intento de explicar esto se produjo en 2019. Allí, los astrónomos sugirieron que la supernova fue causada por la fusión de dos enanas blancas que ya estaban agotadas de estos elementos más ligeros cuando liberaron sus atmósferas al final de su vida de secuencia principal.

Específicamente, los astrónomos propusieron que se trataba de la fusión de una enana blanca con una atmósfera de carbono/oxígeno con otra con una atmósfera de oxígeno/neón, creando un tipo de supernova excepcionalmente raro conocido como SN Tipo Iax. Esta propuesta resuelve ambos problemas. La pérdida previa de atmósferas explica por qué no estaban presentes el hidrógeno y el helio. Además, este tipo de supernova no tiene una explosión tan grande como otras, lo que explica la tasa de expansión menor de lo previsto.

Adicionalmente, tras la resolución de la posible naturaleza de PA 30, quedaba un asunto sin resolver: ¿Era PA 30 realmente SN 1181? Una inmersión profunda en los minuciosos registros de astrónomos chinos y japoneses, hizo que se descartara el pulsar 3C 58 como posible origen de SN 1181. En ese sentido, el trabajo se centró en buscar observaciones de la estrella central capturadas involuntariamente en placas fotográficas de archivo a partir de 1889. Esto permitió a los astrónomos reconstruir la historia más reciente de cómo se habría desvanecido la estrella. Extrapolando esto hacia atrás, los astrónomos podrían determinar qué tan brillante debería haber sido el objeto en 1181.

Volviendo nuevamente a los registros históricos, se cree que SN 1181 tiene un brillo máximo de magnitud -1,4. Esto es consistente con cuán brillante habría sido el PA 30 en ese momento en función de cómo se desvaneció. La edad de PA 30 también se exploró considerando la velocidad a la que se expandía la nebulosa. Nuevamente, el momento coincidió bastante bien con el momento de SN 1181. En última instancia, todas las señales apuntan a PA 30 como el remanente de SN 1181. Esto lo convierte en el quinto remanente de supernova que se ha asociado positivamente con la observación de una supernova dentro de nuestra propia galaxia. Esa proximidad permitirá estudiar las consecuencias de este raro tipo de supernova con un detalle sin precedentes.

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