La historia conocida de la observación de supernovas se remonta al año 185 d. C., cuando apareció la supernova SN 185 ; que es la aparición más antigua de una supernova registrada por la humanidad. Desde entonces se han registrado varias supernovas adicionales dentro de la Vía Láctea , siendo SN 1604 la supernova más reciente observada en esta galaxia . [1]
Desde el desarrollo del telescopio , el campo del descubrimiento de supernovas se ha expandido a otras galaxias. Estos sucesos proporcionan información importante sobre las distancias de las galaxias. También se han desarrollado modelos exitosos de comportamiento de supernovas, y ahora se comprende cada vez más el papel de las supernovas en el proceso de formación de estrellas.
Historia temprana
La explosión de supernova que formó el Remanente de Supernova Vela probablemente ocurrió hace 10,000-20,000 años .
La primera supernova registrada posible, conocida como HB9 , podría haber sido vista y registrada por observadores indios desconocidos en4500 ± 1000 AC . [2]
En el año 185 d.C., los astrónomos registraron la aparición de una estrella brillante en el cielo y observaron que tardó unos ocho meses en desaparecer del cielo. Se observó que brillaba como una estrella y no se movía por los cielos como un cometa . Estas observaciones son consistentes con la aparición de una supernova, y se cree que este es el registro más antiguo confirmado de un evento de supernova por la humanidad. Es posible que SN 185 también se haya registrado en la literatura romana , aunque no se han conservado registros. [3] Se sospecha que la capa gaseosa RCW 86 es el remanente de este evento, y estudios recientes de rayos X muestran una buena correspondencia con la edad esperada. [4]
En 393 d. C., los chinos registraron la aparición de otra "estrella invitada" , SN 393 , en la moderna constelación de Escorpio . [5] Es posible que se hayan observado sucesos adicionales de supernovas no confirmadas en 369 d. C., 386 d . C. , 437 d. C., 827 d. C. y 902 d. C. [1] Sin embargo, estos aún no se han asociado con un remanente de supernova, por lo que siguen siendo solo candidatos. Durante un lapso de aproximadamente 2.000 años, los astrónomos chinos registraron un total de veinte de tales eventos candidatos, incluidas explosiones posteriores observadas por observadores islámicos, europeos y posiblemente indios y otros. [1] [6]
La supernova SN 1006 apareció en la constelación meridional de Lupus durante el año 1006 d.C. Esta fue la estrella más brillante registrada que haya aparecido en el cielo nocturno, y su presencia se notó en China, Egipto , Irak , Italia, Japón y Suiza . También puede haberse observado en Francia, Siria y América del Norte. El astrólogo egipcio Ali ibn Ridwan dio el brillo de esta estrella como un cuarto del brillo de la Luna. Los astrónomos modernos han descubierto el débil remanente de esta explosión y han determinado que estaba a solo 7.100 años luz de la Tierra. [7]
La supernova SN 1054 fue otro evento ampliamente observado, y los astrónomos registraron la aparición de la estrella en 1054 d.C. También puede haber sido registrado por los anasazi como un petroglifo . [8] Esta explosión apareció en la constelación de Tauro , donde produjo el remanente de la Nebulosa del Cangrejo . En su punto máximo, la luminosidad de SN 1054 pudo haber sido cuatro veces más brillante que Venus , y permaneció visible a la luz del día durante 23 días y fue visible en el cielo nocturno durante 653 días. [9] [10]
Hay menos registros de la supernova SN 1181 , que ocurrió en la constelación de Casiopea poco más de un siglo después de SN 1054. Sin embargo, fue notada por astrónomos chinos y japoneses. El pulsar 3C58 puede ser la reliquia estelar de este evento. [11]
El astrónomo danés Tycho Brahe se destacó por sus cuidadosas observaciones del cielo nocturno desde su observatorio en la isla de Hven . En 1572 notó la aparición de una nueva estrella, también en la constelación de Casiopea. Más tarde llamada SN 1572 , esta supernova se asoció con un remanente durante la década de 1960. [12]
Una creencia común en Europa durante este período fue la idea aristotélica de que el mundo más allá de la Luna y los planetas era inmutable . Entonces, los observadores argumentaron que el fenómeno era algo en la atmósfera de la Tierra. Sin embargo, Tycho notó que el objeto permanecía inmóvil de una noche a otra, sin cambiar su paralaje , por lo que debe estar muy lejos. [13] [14] Publicó sus observaciones en el pequeño libro De nova et nullius aevi memoria prius visa stella (en latín, "Concerniente a la estrella nueva y nunca vista") en 1573. Es del título de este libro que el se deriva la palabra nova para estrellas variables cataclísmicas . [15]
La supernova más reciente que se vio en la Vía Láctea fue SN 1604 , que se observó el 9 de octubre de 1604. Varias personas, incluido Johannes van Heeck , notaron la aparición repentina de esta estrella, pero fue Johannes Kepler quien se hizo conocido por su estudio sistemático del objeto en sí. Publicó sus observaciones en la obra De Stella nova in pede Serpentarii . [dieciséis]
Galileo , como Tycho antes que él, intentó en vano medir el paralaje de esta nueva estrella y luego argumentó contra la visión aristotélica de un cielo inmutable. [17] El remanente de esta supernova fue identificado en 1941 en el Observatorio Mount Wilson . [18]
Observación con telescopio
La verdadera naturaleza de la supernova permaneció oscura durante algún tiempo. Los observadores llegaron lentamente a reconocer una clase de estrellas que experimentan fluctuaciones periódicas de luminosidad a largo plazo. Tanto John Russell Hind en 1848 como Norman Pogson en 1863 habían cartografiado estrellas que experimentaron cambios repentinos de brillo. Sin embargo, estos recibieron poca atención de la comunidad astronómica. Finalmente, en 1866, el astrónomo inglés William Huggins hizo las primeras observaciones espectroscópicas de una nova, descubriendo líneas de hidrógeno en el espectro inusual de la recurrente nova T Coronae Borealis . [19] Huggins propuso una explosión cataclísmica como mecanismo subyacente, y sus esfuerzos atrajeron el interés de otros astrónomos. [20]
En 1885, se observó una nova-como estallido en la dirección de la Andromeda Galaxy por Ernst Hartwig en Estonia . S Andromedae aumentó a sexta magnitud, eclipsando a todo el núcleo de la galaxia, luego se desvaneció de una manera muy parecida a una nova. En 1917, George W. Ritchey midió la distancia a la Galaxia de Andrómeda y descubrió que estaba mucho más lejos de lo que se pensaba. Esto significaba que S Andromedae, que no solo se encontraba a lo largo de la línea de visión de la galaxia, sino que en realidad había residido en el núcleo, liberaba una cantidad de energía mucho mayor que la típica de una nova. [21]
Los primeros trabajos sobre esta nueva categoría de novas fueron realizados durante la década de 1930 por Walter Baade y Fritz Zwicky en el Observatorio Mount Wilson. [22] Identificaron a S. Andromedae, lo que consideraron una supernova típica, como un evento explosivo que liberó una radiación aproximadamente igual a la producción total de energía del Sol durante 10 7 años. Decidieron llamar supernovas a esta nueva clase de variables cataclísmicas y postularon que la energía era generada por el colapso gravitacional de estrellas ordinarias en estrellas de neutrones . [23] El nombre supernovas se utilizó por primera vez en una conferencia de 1931 en Caltech por Zwicky, y luego se utilizó públicamente en 1933 en una reunión de la Sociedad Estadounidense de Física . En 1938, el guión se había perdido y el nombre moderno estaba en uso. [24]
Aunque las supernovas son eventos relativamente raros, que ocurren en promedio una vez cada 50 años en la Vía Láctea, [25] las observaciones de galaxias distantes permitieron que las supernovas fueran descubiertas y examinadas con mayor frecuencia. La primera patrulla de detección de supernovas fue iniciada por Zwicky en 1933. Se unió a él Josef J. Johnson de Caltech en 1936. Usando un telescopio Schmidt de 45 cm en el observatorio Palomar , descubrieron doce nuevas supernovas en tres años comparando nuevas placas fotográficas con imágenes de referencia de regiones extragalácticas. [26]
En 1938, Walter Baade se convirtió en el primer astrónomo en identificar una nebulosa como un remanente de supernova cuando sugirió que la Nebulosa del Cangrejo eran los restos de SN 1054 . Observó que, si bien tenía la apariencia de una nebulosa planetaria , la velocidad de expansión medida era demasiado grande para pertenecer a esa clasificación. [27] Durante el mismo año, Baade propuso por primera vez el uso de la supernova Tipo Ia como indicador de distancia secundario. Más tarde, el trabajo de Allan Sandage y Gustav Tammann ayudó a refinar el proceso para que las supernovas de Tipo Ia se convirtieran en un tipo de vela estándar para medir grandes distancias a través del cosmos. [28] [29]
La primera clasificación espectral de estas supernovas distantes fue realizada por Rudolph Minkowski en 1941. Las clasificó en dos tipos, según si aparecían o no líneas del elemento hidrógeno en el espectro de supernovas. [30] Zwicky propuso posteriormente tipos adicionales III, IV y V, aunque estos ya no se utilizan y ahora parecen estar asociados con tipos únicos de supernovas peculiares. Una subdivisión adicional de las categorías de espectros dio como resultado el moderno esquema de clasificación de supernovas . [31]
Después de la Segunda Guerra Mundial , Fred Hoyle trabajó en el problema de cómo se producían los diversos elementos observados en el universo. En 1946 propuso que una estrella masiva podría generar las reacciones termonucleares necesarias, y las reacciones nucleares de elementos pesados eran responsables de la remoción de energía necesaria para que ocurriera un colapso gravitacional. La estrella colapsada se volvió inestable en rotación y produjo una expulsión explosiva de elementos que se distribuyeron en el espacio interestelar. [32] El concepto de que la fusión nuclear rápida era la fuente de energía para una explosión de supernova fue desarrollado por Hoyle y William Fowler durante la década de 1960. [33]
La primera búsqueda de supernovas controlada por computadora se inició en la década de 1960 en la Universidad Northwestern . Construyeron un telescopio de 24 pulgadas en el Observatorio Corralitos en Nuevo México que podría reposicionarse bajo el control de una computadora. El telescopio mostraba una nueva galaxia cada minuto, con observadores comprobando la vista en una pantalla de televisión. De esta manera, descubrieron 14 supernovas durante un período de dos años. [34]
1970-1999
El modelo estándar moderno para las explosiones de supernovas de Tipo Ia se basa en una propuesta de Whelan e Iben en 1973, y se basa en un escenario de transferencia de masa a una estrella compañera degenerada. [35] En particular, la curva de luz de SN1972e en NGC 5253 , que se observó durante más de un año, se siguió el tiempo suficiente para descubrir que después de su amplia "joroba" en brillo, la supernova se desvaneció a un ritmo casi constante de aproximadamente 0,01 magnitudes por día. Traducido a otro sistema de unidades , esto es casi lo mismo que la tasa de desintegración del cobalto -56 ( 56 Co), cuya vida media es de 77 días. El modelo de explosión degenerada predice la producción de aproximadamente una masa solar de níquel -56 ( 56 Ni) por la estrella en explosión. El 56 Ni se desintegra con una vida media de 6,8 días a 56 Co, y la desintegración del níquel y el cobalto proporciona la energía irradiada por la supernova al final de su historia. El acuerdo tanto en la producción total de energía como en la tasa de desvanecimiento entre los modelos teóricos y las observaciones de 1972e llevó a una rápida aceptación del modelo de explosión degenerada. [36]
Mediante la observación de las curvas de luz de muchas supernovas de Tipo Ia, se descubrió que parecen tener un pico de luminosidad común. [37] Al medir la luminosidad de estos eventos, la distancia a su galaxia anfitriona se puede estimar con buena precisión. Por tanto, esta categoría de supernovas se ha vuelto muy útil como vela estándar para medir distancias cósmicas. En 1998, High-Z Supernova Search y Supernova Cosmology Project descubrieron que las supernovas de Tipo Ia más distantes parecían más tenues de lo esperado. Esto ha proporcionado evidencia de que la expansión del universo puede estar acelerándose . [38] [39]
Aunque no se ha observado ninguna supernova en la Vía Láctea desde 1604, parece que una supernova explotó en la constelación de Casiopea hace unos 300 años, alrededor del año 1667 o 1680. El remanente de esta explosión, Casiopea A, está muy oscurecido por el polvo interestelar. , por lo que posiblemente no tuvo una aparición notable. Sin embargo, se puede observar en otras partes del espectro y actualmente es la fuente de radio más brillante más allá de nuestro sistema solar. [40]
En 1987, se observó la Supernova 1987A en la Gran Nube de Magallanes pocas horas después de su inicio. Fue la primera supernova detectada a través de su emisión de neutrinos y la primera observada en todas las bandas del espectro electromagnético . La relativa proximidad de esta supernova ha permitido una observación detallada y brindó la primera oportunidad para que las teorías modernas de la formación de supernovas se comparen con las observaciones. [41] [42]
La tasa de descubrimiento de supernovas aumentó constantemente a lo largo del siglo XX. [43] En la década de 1990, se iniciaron varios programas automatizados de búsqueda de supernovas. El programa de búsqueda de supernovas del Observatorio Leuschner se inició en 1992 en el Observatorio Leuschner . Ese mismo año se le unió el programa del Telescopio Automatizado de Imágenes de Berkeley. Estos fueron reemplazados en 1996 por el telescopio automático de imágenes Katzman en el observatorio Lick , que se utilizó principalmente para la búsqueda de supernovas del observatorio Lick (LOSS). En 2000, el programa Lick resultó en el descubrimiento de 96 supernovas, lo que lo convirtió en el programa de búsqueda de supernovas más exitoso del mundo. [44]
A finales de la década de 1990, se propuso que se podían encontrar restos de supernovas recientes buscando rayos gamma de la desintegración del titanio-44 . Tiene una vida media de 90 años y los rayos gamma pueden atravesar la galaxia fácilmente, por lo que nos permite ver los restos del último milenio más o menos. Se encontraron dos fuentes, el remanente de Cassiopeia A previamente descubierto y el remanente de RX J0852.0-4622 , que acababa de ser descubierto superpuesto al Remanente de Supernova Vela [45]
Este remanente (RX J0852.0-4622) se había encontrado frente (aparentemente) al Remanente de Supernova Vela más grande . [46] Los rayos gamma de la desintegración del titanio-44 mostraron que debe haber explotado bastante recientemente (quizás alrededor del 1200 d. C.), pero no hay ningún registro histórico de ello. El flujo de rayos gamma y rayos X indica que la supernova estaba relativamente cerca de nosotros (quizás 200 parsecs o 600 ly). Si es así, este es un evento sorprendente porque se estima que las supernovas a menos de 200 parsecs de distancia ocurren menos de una vez cada 100.000 años. [47]
2000 al presente
SN 2003fg fue descubierto en una galaxia en formación en 2003. La aparición de esta supernova se estudió en "tiempo real", y ha planteado varias cuestiones físicas importantes, ya que parece más masivo de lo que permitiría el límite de Chandrasekhar . [49]
Observada por primera vez en septiembre de 2006, la supernova SN 2006gy , que ocurrió en una galaxia llamada NGC 1260 (a 240 millones de años luz de distancia), es la más grande y, hasta la confirmación de la luminosidad de SN 2005ap en octubre de 2007, la supernova más luminosa jamás observada. . La explosión fue al menos 100 veces más luminosa que cualquier supernova observada previamente, [50] [51] y se estima que la estrella progenitora es 150 veces más masiva que el Sol. [52] Aunque esto tenía algunas características de una supernova de Tipo Ia, se encontró hidrógeno en el espectro. [53] Se cree que SN 2006gy es un candidato probable para una supernova de inestabilidad de pares . SN 2005ap, que fue descubierto por Robert Quimby, quien también descubrió SN 2006gy, era aproximadamente el doble de brillante que SN 2006gy y aproximadamente 300 veces más brillante que una supernova de tipo II normal. [54]
El 21 de mayo de 2008, los astrónomos anunciaron que habían captado por primera vez una supernova con la cámara justo cuando explotaba. Por casualidad, se notó una ráfaga de rayos X mientras miraba la galaxia NGC 2770 , a 88 millones de años luz de la Tierra, y una variedad de telescopios se apuntaron en esa dirección justo a tiempo para capturar lo que se ha denominado SN 2008D . "Esto finalmente confirmó que la gran explosión de rayos X marcó el nacimiento de una supernova", dijo Alicia Soderberg de la Universidad de Princeton . [56]
Una de los muchos astrónomos aficionados que buscan supernovas, Caroline Moore , miembro del Equipo de Búsqueda de Supernovas del Observatorio Puckett , encontró la supernova SN 2008ha a finales de noviembre de 2008. A los 14 años había sido declarada la persona más joven en encontrar una supernova. [57] [58] Sin embargo, en enero de 2011, se informó que Kathryn Aurora Gray de Canadá, de 10 años, descubrió una supernova, lo que la convirtió en la más joven en encontrar una supernova. [59] El Sr. Gray, su padre y un amigo vieron SN 2010lt , una supernova de magnitud 17 en la galaxia UGC 3378 en la constelación de Camelopardalis , a unos 240 millones de años luz de distancia.
En 2009, los investigadores encontraron nitratos en núcleos de hielo de la Antártida a profundidades correspondientes a las supernovas conocidas de 1006 y 1054 d.C., así como de alrededor de 1060 d.C. Aparentemente, los nitratos se formaron a partir de óxidos de nitrógeno creados por los rayos gamma de las supernovas. Esta técnica debería poder detectar supernovas que se remontan a varios miles de años. [61]
El 15 de noviembre de 2010, los astrónomos que utilizaron el Observatorio de rayos X Chandra de la NASA anunciaron que, mientras observaban el remanente de SN 1979C en la galaxia Messier 100 , habían descubierto un objeto que podría ser un agujero negro joven de 30 años . La NASA también señaló la posibilidad de que este objeto sea una estrella de neutrones en rotación que produzca un viento de partículas de alta energía. [62]
El 24 de agosto de 2011, la encuesta automatizada Palomar Transient Factory descubrió una nueva supernova de Tipo Ia ( SN 2011fe ) en la Galaxia Molinillo (M101) poco después de que estalló en existencia. Al estar a solo 21 millones de años luz de distancia y detectarse tan pronto después de que comenzó el evento, permitirá a los científicos aprender más sobre los primeros desarrollos de este tipo de supernovas. [63]
El 16 de marzo de 2012 , se descubrió en M95 una supernova de Tipo II , designada como SN 2012aw. [64] [65] [66]
El 22 de enero de 2014, los estudiantes del Observatorio de la Universidad de Londres vieron una estrella en explosión SN 2014J en la cercana galaxia M82 (la Galaxia del Cigarro). A una distancia de alrededor de 12 millones de años luz, la supernova es una de las más cercanas a ser observadas en las últimas décadas. [67]
Unas semanas después de que una estrella explotara en la galaxia espiral NGC 2525 durante el mes de enero de 2018, el Telescopio Espacial Hubble de la NASA tomó fotos consecutivas durante casi un año de la supernova de Tipo 1a resultante , designada como SN 2018gv. [68]
Futuro
La tasa estimada de producción de supernovas en una galaxia del tamaño de la Vía Láctea es aproximadamente dos veces por siglo. Esto es mucho más alto que la tasa real observada, lo que implica que una parte de estos eventos han sido ocultos de la Tierra por el polvo interestelar. El despliegue de nuevos instrumentos que pueden observar en una amplia gama del espectro electromagnético , junto con detectores de neutrinos , significa que es casi seguro que se detecte el próximo evento de este tipo. [25]
Se prevé que el Observatorio Vera C. Rubin descubra de tres a cuatro millones de supernovas durante su estudio de diez años, en un amplio rango de distancias. [69]
Ver también
- Lista de supernovas
- Historia de la astronomia
Referencias
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enlaces externos
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