Las supernovas Ia han sido, durante años, uno de los pilares fundamentales para medir distancias en el cosmos. Ahora, un estudio plantea dudas sobre su fiabilidad, y eso podría llevarnos a hacernos preguntas aun más esenciales…

¿Qué es una supernova Ia?

Supernovas Ia
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Concepto artístico de una supernova de tipo Ia (1a). La enana blanca (izquierda), roba material a una estrella mucho más grande.
Crédito: NASA

Hay diferentes tipos de explosiones de supernova. Probablemente, el tipo más popular es el de la estrella masiva que explota al llegar al final de sus vidas. Peor hay un tipo en particular, la supernova Ia, que durante años ha resultado extremadamente útil para medir grandes distancias en el espacio. Es un tipo de explosión que es muy consistente, siempre con un brillo máximo muy parecido. Por lo que en astronomía se usa como una vela estándar.

Las velas estándar nos permiten medir enormes distancias porque partimos de la base de que tenemos varios parámetros conocidos. Una supernova Ia se produce cuando una enana blanca (un remanente estelar que tiene un tamaño similar al de la Tierra) le roba material a una compañera, normalmente una gigante roja. Al acumular más de 1,4 masas solares, explota en forma de supernova.

Como sabemos cuál es la masa y, por tanto, el brillo máximo de la supernova, basta con medir la diferencia con el brillo que observemos para poder medir su distancia y, en consecuencia, la de la galaxia en la que haya sucedido. Pero ahora, un estudio pone en duda que las supernovas Ia sean tan estables como pensábamos. Podría haber variaciones más pronunciadas en su brillo máximo, y eso es un inconveniente para nuestro conocimiento actual.

Una vela estándar… que podría no ser tan estándar

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Esta imagen muestra una supernova que tuvo lugar el 21 de enero de 2014, en la galaxia Messier 82.
Crédito: NASA/CXC/SAO/R.Margutti et al.

El estudio ha sido aceptado para su publicación en la revista Astrophysical Journal. Si los investigadores están en lo cierto, sus hallazgos podrían ayudar a calibrar mejor la expansión del universo. A fin de cuentas, fue gracias a la medición de estas supernovas como descubrimos que su expansión es acelerada. En consecuencia, además, nos permitió de mostrar la existencia de la energía oscura. Su descubrimiento fue premiado, en 2011, con un Premio Nobel de la Física.

Vamos, que no estamos hablando de una cosa cualquiera. Lo cierto es que a pesar de lo prácticas que resultan, no conocemos completamente el funcionamiento de las supernovas Ia. Por lo que uno de los grandes descubrimientos recientes de la astronomía (que la expansión del universo acelera) está basado en algo cuya base no es tan sólida como nos gustaría. Eso sí, los astrónomos han intentado darle respuesta en muchas ocasiones.

Es vital comprender cómo surgen estas explosiones. Inicialmente, se creía que las supernovas Ia eran todas iguales. En los años 90, sin embargo, se dieron cuenta de que algunas de las supernovas eran más oscuras que otras. Esa diferencia es fácil de corregir, las supernovas más brillantes se desvanecen más lentamente que las más tenues. Pero que exista esa pequeña diferencia es algo que indica que las supernovas Ia podrían estar despistándonos en nuestras mediciones del universo…

El funcionamiento de las supernovas Ia parece claro

 

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Concepto artístico de la explosión de una supernova.
Crédito: Shutterstock/Jurik Peter

Lo que no se pone en duda es el funcionamiento básico de las supernovas de tipo Ia. Es necesaria una enana enana blanca, un resto estelar que tiene un tamaño similar al de la Tierra. Esa es la pieza clave de este tipo de explosiones. Sin embargo, lo que no está tan claro es qué mecanismo provoca que terminen explotando. Por sí solas, las enanas blancas son muy estables. Así que siempre se ha sugerido que debe haber una compañera, una enana blanca, una estrella como el Sol o una gigante, que desencadena la supernova.

Si se trata de una gran estrella (como una gigante roja), la enana blanca le roba material. Eventualmente, al acumular 1,4 veces la masa del Sol, la presión de toda esa masa extra provoca que se desate una explosión termonuclear. Pero si su compañera es una estrella más pequeña, como otra enana blanca, los dos objetos entran en una interacción orbital que las lleva a unirse antes de terminar explotando.

Los investigadores han estado buscando evidencias de estos procesos al observar supernovas recién formadas. Una supernova creada por el primer método (acumulación de materia y explosión) enviaría material de la explosión, que se iluminaría, al golpear a la otra estrella, que debería permanecer intacta. Sin embargo, una supernova creada por la fusión de una enana blanca y otra estrella pequeña destruiría los rastros de ambas.

 

Evidencias de las diferentes supernovas Ia

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Recreación artística de una enana blanca con un disco de restos estelares.
Crédito: ESA/Hubble

Hasta ahora, los astrónomos solo habían visto evidencias del segundo escenario. El estudio que nos ocupa en este artículo, es el primero que informa sobre una supernova provocada por el robo de material de una estrella más masiva. Los resultados nos hacen pensar que las supernovas de tipo Ia pueden formarse a través de dos métodos que son muy diferentes, y descubrirlo nos ayudará a mejorar nuestra comprensión del universo.

La primera señal del descubrimiento sucedió el 10 de marzo de 2017. En ese momento, una supernova fue visible en la galaxia NGC 5643, a unos 55 millones de años-luz de distancia de la Tierra. La observación fue realizada por uno de los autores del estudio, al repasar los datos de la misión DLT40, que busca supernovas en 500 galaxias cada noche. Rápidamente, el investigador tomó una imagen para verificar que había visto una explosión estelar, y no un asteroide desconocido.

Después, alertó al Observatorio Las Cumbres, una red formada por 18 telescopios, alrededor del mundo, que permite a los astrónomos monitorizar objetos de manera continuada a medida que se mueven por el firmamento. La supernova fue observada cada 5 horas durante 6 días, y después una vez cada noche durante 40 días. Así pudieron registrar su cambio de luminosidad. Durante este tiempo, vieron un pequeño aumento de brillo causado por el material, expulsado en la explosión, golpeando a la estrella compañera.

 

Desentrañando el misterio

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Concepto artístico de HE 1523-0901. Es una gigante roja con 13.200 millones de años.
Crédito: ESO, European Southern Observatory

De momento, esta es la mejor evidencia de una supernova Ia provocada por la acumulación de materia de una estrella compañera. Pero no es más que el primer paso de lo que puede ser un hallazgo que tenga consecuencias profundas en nuestra comprensión del universo. Las supernovas Ia están en el corazón de la explicación de la aceleración de la expansión del universo. Si resultan ser poco fiables, puede que tengamos que cuestionarnos muchas cosas.

Hay otras observaciones que apuntan a que esa expansión está acelerándose, pero funcionan de manera indirecta. Nos basamos en un modelo supuesto para poder hacerlo y, ahora, poner en duda las supernovas Ia nos lleva a preguntarnos, ¿qué pasa con la aceleración de la expansión? De momento no hay que alarmarse. El estudio plantea posibles explicaciones para esa discrepancia de brillo, como la forma de la explosión.

Pero si no es así, si realmente las supernovas Ia resultan no ser tan fiables como pensábamos, tendremos que cuestionarnos hasta que punto la expansión del universo es realmente como creemos. Por ahora, eso sí, tranquilidad. La ciencia consiste, precisamente, en esto. En hacerse preguntas, observar y analizar los resultados. Si nuestra percepción es incorrecta, o no, lo que nos espera por delante es apasionante…

El estudio es G. Hosseinzadeh, D. J. Sand, S. Valenti et al.; «Early Blue Excess from the Type Ia Supernova 2017cbv and Implications for Its Progenitor». Aceptado para su publicación en la revista Astrophysical Journal. Puede ser consultado en arXiv.

Referencias: Nature