Por primera vez en la historia, los astrónomos han fotografiado en tiempo real el final dramático de la vida de una supergigante roja, observando la rápida autodestrucción de la estrella masiva y su agonía final antes de colapsar en una supernova de tipo II.
Dirigido por investigadores de la Universidad Northwestern y la Universidad de California, Berkeley UC Berkeley, el equipo observó la supergigante roja durante los últimos 130 días previos a su detonación mortal.
El descubrimiento desafía las ideas previas de cómo las estrellas supergigantes rojas evolucionan justo antes de explotar. Las observaciones anteriores mostraron que las supergigantes rojas estaban relativamente inactivas antes de morir, sin evidencia de erupciones violentas o emisiones luminosas. Las nuevas observaciones, sin embargo, detectaron radiación brillantede una supergigante roja en el último año antes de explotar. Esto sugiere que al menos algunas de estas estrellas deben sufrir cambios significativos en su estructura interna, que luego resultan en la tumultuosa eyección de gas momentos antes de colapsar.
"Este es un gran avance en nuestra comprensión de lo que hacen las estrellas masivas momentos antes de morir", dijo Wynn Jacobson-Galán, autora principal del estudio. "La detección directa de la actividad previa a la supernova en una estrella supergigante roja nunca se había observado antesen una supernova ordinaria de tipo II. Por primera vez, vimos explotar una estrella supergigante roja".
El descubrimiento fue publicado hoy 6 de enero en El Diario Astrofísico.
Aunque el trabajo se realizó en Northwestern, donde Jacobson-Galán fue becario de investigación graduado de la Fundación Nacional de Ciencias NSF, desde entonces se mudó a UC Berkeley. Los coautores de Northwestern incluyen a Deanne Coppejans, Charlie Kilpatrick, Giacomo Terreran, Peter Blanchardy Lindsay DeMarchi, quienes son miembros del Centro de Investigación Interdisciplinaria y Exploratoria en Astrofísica CIERA de Northwestern.
'Nunca hemos confirmado una actividad tan violenta'
El Instituto de Astronomía Pan-STARRS de la Universidad de Hawái en Haleakal?, Maui, detectó por primera vez la estrella masiva condenada en el verano de 2020 a través de la enorme cantidad de luz que irradiaba la supergigante roja. Unos meses después, en el otoño de 2020,una supernova iluminó el cielo.
El equipo capturó rápidamente el poderoso destello y obtuvo el primer espectro de la explosión energética, denominada supernova 2020tlf SN 2020tlf usando el espectrómetro de imágenes de baja resolución del Observatorio WM Keck en Maunakea, Hawái. Los datos mostraron evidencia directa de densidadmaterial circunestelar que rodeaba a la estrella en el momento de la explosión, probablemente el mismo gas que Pan-STARRS había fotografiado expulsando violentamente a la estrella supergigante roja a principios de verano.
"Es como ver una bomba de relojería", dijo Raffaella Margutti, profesora asociada adjunta de CIERA y autora principal del artículo. "Nunca hemos confirmado una actividad tan violenta en una estrella supergigante roja moribunda donde vemos que produce talemisión luminosa, luego colapso y combustión, hasta ahora."
El equipo continuó monitoreando SN 2020tlf después de la explosión. Con base en los datos obtenidos del espectrógrafo Deep Imaging and Multi-Object y Near Infrared Echellette Spectrograph del Observatorio Keck, los investigadores determinaron la estrella supergigante roja progenitora de SN 2020tlf, ubicada en la galaxia NGC 5731.a unos 120 millones de años luz de distancia de la Tierra, era 10 veces más masivo que el sol.
Posibilidades remotas
Margutti y Jacobson-Galán realizaron la mayor parte del estudio durante su tiempo en Northwestern, con Margutti como profesora asociada de física y astronomía y miembro de CIERA, y Jacobson-Galán como estudiante de posgrado en el grupo de investigación de Margutti. Margutti ahora esprofesor asociado de astronomía y astrofísica en UC Berkeley.
El acceso remoto de Northwestern a los telescopios del Observatorio Keck fue parte integral de su investigación. Desde el campus de la Universidad de Evanston, los astrónomos pueden conectarse con un operador de telescopios en el sitio en Hawai y elegir dónde colocar el telescopio. Al evitar los viajes de larga distancia a Hawai?i, los astrónomos ahorran un valioso tiempo de observación, a menudo capturando eventos transitorios como supernovas, que pueden estallar rápidamente y luego desaparecer rápidamente.
"Este importante descubrimiento de una supernova supergigante roja es una indicación más sólida de la importancia de la inversión de Northwestern en el acceso a las principales instalaciones de telescopios privados, incluido el Observatorio Keck", dijo Vicky Kalogera, profesora distinguida de la Universidad Daniel I. Linzer deFísica y Astronomía en la Facultad de Artes y Ciencias Weinberg de Northwestern y director de CIERA: "Los telescopios Keck, actualmente los mejores de nuestro planeta, permiten avances científicos de este calibre de manera única, como lo han demostrado los investigadores de CIERA desde que comenzó nuestra asociación con Keck hace solo unos años."
Margutti, Jacobson-Galán y sus coautores de Northwestern son miembros del Young Supernova Experiment, que utiliza el telescopio Pan-STARRS para captar supernovas justo después de que exploten.
"Estoy muy emocionado por todas las nuevas 'incógnitas' que han sido reveladas por este descubrimiento", dijo Jacobson-Galán. "Detectar más eventos como SN 2020tlf tendrá un impacto dramático en la forma en que definimos los meses finales de la evolución estelar, uniendoobservadores y teóricos en la búsqueda de resolver el misterio de cómo las estrellas masivas pasan los últimos momentos de sus vidas".
El estudio fue apoyado por la NASA, la Fundación Nacional de Ciencias, la Fundación Heising-Simons, el Instituto Canadiense de Investigación Avanzada, la Fundación Alfred P. Sloan y VILLUM FONDEN.
