Sorpresa en la galaxia M82

Imagen de la galaxia M 82 (localizada a 12 millones de años luz sobre la constelación boreal de la Osa Mayor) con la supernova SN 2014J. La supernova, de tipo Ia, aparece señalada con dos líneas. Los datos para hacer esta imagen se consiguieron con la cámara ACAM del Telescopio William Herschel (ING, Observatorio del Roque de los Muchachos, isla de La Palma, España), que tiene un espejo primario de 4.2 metros de tamaño. Se usaron los filtros u (coloreado en azul oscuro, dos tomas de 300 segundos), g (en cían, 3 tomas de 100 segundos), i (en verde, tres tomas de 100 segundos) y r (en rojo, 3 tomas de 100 segundos). Los datos se consiguieron el 24 de enero hacia las 04:40 UT, excepto los datos en filtros r y u (25 de enero hacia las 06:00 UT). Además, se ha incluido una toma extra en el filtro Hα, también codificado en rojo, conseguida combinando 4 imágenes de 300 segundos. Los datos en Hα se obtuvieron el 26 de enero a las 06:30, terminando ya durante el crepúsculo. Créditos: Observadores: Manuel E. Moreno-Raya (CIEMAT, Spain) y Lluís Galbany (DAS / UC, Chile), Procesado de datos y composición en color: Ángel R. López-Sánchez (AAO / MQ, Australia), Astrónomo de soporte: Chris Benn (ING, Reino Unido), Operador del Telescopio: José Norberto González (ING, Reino Unido). Equipo de investigación: Manuel E. Moreno-Raya (CIEMAT, España), Mercedes Mollá (CIEMAT, España), Ángel R. López-Sánchez (AAO / MQ, Australia), Lluís Galbany (DAS / UC, Chile), Aurelio Carnero (ON, Brasil), Inma Domínguez (UGR, España) y Pepe Vílchez (CSIC / IAA, España).

Imagen de la galaxia M 82 (localizada a 12 millones de años luz sobre la constelación boreal de la Osa Mayor) con la supernova SN 2014J. La supernova, de tipo Ia, aparece señalada con dos líneas. Créditos al final de la noticia.

El martes 21 de enero el astrofísico inglés Steve Fossey impartía una clase práctica de observación astronómica a un grupo de estudiantes del University College de Londres (UCL). Como suele ser típico en la capital inglesa, el cielo se encontraba bastante encapotado pero, aun así, pudieron apuntar el telescopio automático de 35 cm del Observatorio de la Universidad de Londres a la famosa galaxia M 82. Mientras centraba el campo, Fossey observó que la galaxia tenía una estrella brillante que nunca antes se había observado. El análisis no mostraba duda: acababan de descubrir una supernova en la galaxia M 82.

Localizada a 12 millones de años luz de nosotros, sobre la constelación boreal de la Osa Mayor, la galaxia M 82 alberga un intenso brote de formación estelar. Como consecuencia de esta frenética actividad, M 82 posee unos chorros de gas caliente que se escapan de la galaxia. Por lo tanto, no es de extrañar que los estudiantes de Fossey (Ben Cooke, Tom Wright, Matthew Wilde y Guy Pollack) eligieran este objeto para su clase práctica de astronomía. Para confirmar que se trataba de un nuevo objeto utilizaron otro telescopio del observatorio. Como las nubes estaban cerrando el cielo, rápidamente tomaron unas pocas imágenes de esta supernova en varios filtros.

Pero, ¿qué es una supernova? Es una estrella que, por una causa u otra, ha explotado, liberando al medio interestelar de su galaxia el material que tenía en su interior y mucha energía. Al explotar la estrella su brillo aumenta enormemente, hasta el punto de poderse observar incluso en galaxias muy lejanas. Los astrofísicos clasifican generalmente las supernovas en dos tipos: las que provienen de la muerte de una estrella masiva (más de 8 o 9 veces la masa del Sol) que, al final de su vida, explotan al colapsar su núcleo (supernova de tipo II) o la explosión de una estrella enana blanca, que al “acretar” materia de una estrella compañera, se desestabiliza, provocándose una explosión termonuclear (supernova de tipo Ia). Este segundo tipo de supernovas son más luminosas, observándose a distancias cosmológicas. En efecto, fueron las observaciones de supernovas de tipo Ia en galaxias muy lejanas las que permitieron descubrir la aceleración del Universo y la existencia de la misteriosa “energía oscura”, hallazgo que supuso el premio Nobel de Física de 2011.

En poco más de un día, astrónomos aficionados y profesionales apuntaron sus telescopios a la galaxia M 82 y confirmaron el descubrimiento realizado por Fossey y sus alumnos. Incluso se encontró que se había fotografiado una semana antes, cuando era aún débil, por varios astrónomos, que no se habían percatado de su existencia. Un grupo de astrofísicos liderados por Yi Cao (Caltech) consiguió el primer espectro de la supernova usando el telescopio ARC de 3.5m del Observatorio Apache Point (Nuevo México, EE.UU.). El análisis de este espectro reveló que la estrella progenitora era una enana blanca, por lo tanto la supernova SN 2014J (así designada oficialmente) es del tipo Ia. Los restos de la estrella muerta se expanden a alta velocidad, alcanzando los 20.000 km/s. Además, el brillo de la supernova no ha alcanzado su máximo brillo: cuando Fossey y sus estudiantes la descubrieron estaba aún a 2 semanas de ello. Aun así, ahora mismo brilla tanto que es fácilmente localizable con un telescopio de aficionado. ¡Puede que incluso se pueda ver con prismáticos cuando alcance su máximo brillo!

M82

Así, no es de extrañar que la supernova SN 2014J y la galaxia M 82 se hayan convertido en la noticia astronómica de los últimos días. Desde el Telescopio William Herschel (WHT), perteneciente al Isaac Newton Group (ING) del Observatorio del Roque de los Muchachos (isla de La Palma, España) los astrofísico Manuel Moreno-Raya (CIEMAT, España) y Lluís Galbany (DAS/UC, Chile) han podido observar con detalle supernova y galaxia entre el jueves 23 y el domingo 26 de enero usando tanto imágenes como espectros. Los datos fueron analizados conjuntamente con el astrofísico Ángel López-Sánchez (AAO/MQ, Australia), quien se dedicó a “combinar” las imágenes y los espectros. La imagen adjunta señala la supernova dentro de la galaxia M 82, de la que se han sacado todos sus detalles: las bandas de polvo que atraviesan el disco (negro-amarillo), los intensos brotes de formación estelar (en azul) y sobre todo la estructura filamentosa del superviento galáctico (en rojo) de gas caliente e ionizado que se escapa de forma perpendicular al disco de la galaxia. La SN 2014J destaca claramente sobre la propia galaxia.

Además, se ha analizado el espectro de baja resolución obtenido de la supernova SN 2014J. Este espectro abarca prácticamente todo el espectro visible (entre 3.500 y 9.500 Angstroms) e identifica sin duda a la supernova como de tipo Ia. Destacan sobre todo las bandas de absorción de hierro (Fe II y Fe III), magnesio (Mg II) y silicio (Si II) entre 4000 y 5.000 A. Estos rasgos son fusiones de muchas líneas de estos elementos metálicos, que se están produciendo por la violenta explosión de supernova. De hecho, se espera que vayan cambiando con el paso de los días, dado que la concentración y la abundancia química de cada especie va variando al convertirse unos elementos en otros y poderse observar más material proveniente del centro de la estrella muerta. Aun así, es una sorpresa encontrarlos ya casi 10 días antes del máximo de brillo. El espectro también muestra absorciones de azufre (S II) a 5.240 y 5.450 A, una fuerte absorción de silicio (Si II) a 6.150, y absorciones de calcio (Ca II), sodio (Na I) y oxígeno (O I). Aparecen también algunas bandas atribuidas a absorciones de nuestra atmósfera (marcadas como “Tel”, de “Telúricas”).

sp

Pero la línea que más ha llamado la atención de los investigadores es la pequeña absorción de carbono (C II) a 6580 A. Esta línea está indicando que la enana blanca progenitora de la supernova estaba compuesta por carbono y oxígeno (como la mayoría de las enanas blancas) pero no es habitual observarla en los espectros de supernovas de tipo Ia. Esto indicaría que la superficie de la enana blanca no se ha quemado completamente durante la explosión. Las líneas se observan “desplazadas al azul”, como consecuencia de la enorme velocidad a la que el material se expande. Las medidas de las líneas más destacadas del espectro de ACAM han confirmado que la capa que lleva la emisión de C II y Si II se mueve a unos 15.000 km/s.

Curiosamente, el proyecto que Manuel Moreno-Raya (CIEMAT, España) y su equipo de investigación, formado por Mercedes Mollá (investigadora del CIEMAT, y miembro de AstroMadrid, España), Ángel R. López-Sánchez (AAO / MQ, Australia), Lluís Galbany (DAS / UC, Chile), Aurelio Carnero (ON, Brasil), Inma Domínguez (UGR, España) y Pepe Vílchez (CSIC / IAA, España), estaba observado en el Telescopio William Herschel, tiene precisamente como objetivo calcular propiedades físicas y químicas de galaxias que han albergado supernovas de tipo Ia. El fin es determinar mejor los parámetros que controlan el brillo de las supernovas a la hora de aplicar estas medidas al cálculo de la distancia a galaxias muy lejanas. Esta investigación forma la tesis doctoral que Manuel Moreno-Raya está efectuando en la actualidad.

Además de las observaciones de M 82, se consiguieron datos profundos espectroscópicos de una veintena de galaxias más, que aún están en proceso de análisis.

La SN2014J es la supernova de tipo Ia más cercana a nosotros desde la supernova que observó el astrónomo alemán Johannes Kepler en 1604. Ésta sí sucedió en nuestra Galaxia, a una distancia de 20 mil años luz, y se pudo ver incluso a simple vista. También cerca estuvo la SN 1972e, que explotó en 1972 en la galaxia NGC 5253, a 13 millones de años luz de nosotros. NGC 5253 es una galaxia en cierta forma similar a M 82, pues aunque enana alberga también un intenso brote de formación estelar. Precisamente, la supernova SN 1972e quedó como prototipo para el desarrollo teórico y observacional de las supernovas de tipo Ia. ¿Podría desbancar la nueva supernova SN 2014J a la anterior? Dado el gran salto tecnológico y científico en los últimos 40 años, ¿qué sorpresas nos deparará el estudio detallado de una supernova de tipo Ia como esta? ¿Podremos mejorar el conocimiento actual de las supernovas de tipo Ia como indicadores de distancia y descubrir la naturaleza de la misteriosa energía oscura que acelera la expansión del Universo? La investigación acaba de empezar.

 

Más información:

Blog del astrofísico Ángel R. López-Sánchez sobre Astronomía, Astrofísica y Ciencia en general.

Pies de imagen:

Imagen 1: Imagen de la galaxia M 82 (localizada a 12 millones de años luz sobre la constelación boreal de la Osa Mayor) con la supernova SN 2014J. La supernova, de tipo Ia, aparece señalada con dos líneas. Los datos para hacer esta imagen se consiguieron con la cámara ACAM del Telescopio William Herschel (ING, Observatorio del Roque de los Muchachos, isla de La Palma, España), que tiene un espejo primario de 4.2 metros de tamaño. Se usaron los filtros u (coloreado en azul oscuro, dos tomas de 300 segundos), g (en cían, 3 tomas de 100 segundos), i (en verde, tres tomas de 100 segundos) y r (en rojo, 3 tomas de 100 segundos). Los datos se consiguieron el 24 de enero hacia las 04:40 UT, excepto los datos en filtros r y u (25 de enero hacia las 06:00 UT). Además, se ha incluido una toma extra en el filtro Hα, también codificado en rojo, conseguida combinando 4 imágenes de 300 segundos. Los datos en Hα se obtuvieron el 26 de enero a las 06:30, terminando ya durante el crepúsculo. Créditos: Observadores: Manuel E. Moreno-Raya (CIEMAT, Spain) y Lluís Galbany (DAS / UC, Chile), Procesado de datos y composición en color: Ángel R. López-Sánchez (AAO / MQ, Australia), Astrónomo de soporte: Chris Benn (ING, Reino Unido), Operador del Telescopio: José Norberto González (ING, Reino Unido). Equipo de investigación: Manuel E. Moreno-Raya (CIEMAT, España), Mercedes Mollá (CIEMAT, España), Ángel R. López-Sánchez (AAO / MQ, Australia), Lluís Galbany (DAS / UC, Chile), Aurelio Carnero (ON, Brasil), Inma Domínguez (UGR, España) y Pepe Vílchez (CSIC / IAA, España).

Imagen 2: Espectro óptico de la supernova de tipo Ia SN 2014J en la galaxia M 82 obtenido con el espectrógrafo ACAM del Telescopio William Herschel (ING, Observatorio del Roque de los Muchachos, isla de La Palma, España). Se representa la intensidad o flujo relativo (“Arbitrary Flux”, en el eje vertical) frente a la longitud de onda (“Wavelength”, el “color”), señalándose las líneas de absorción principales detectadas. Además de las bandas de hierro, magnesio y silicio destacan absorciones de azufre, sodio, calcio y carbono. El espectro combina dos exposiciones de 200 segundos usando el prisma V400 de ACAM. Estos datos se obtuvieron el 25 de enero de 2014 a las 7:10 TU. Esto corresponde aproximadamente a la época -11 días, puesto que se espera que la supernova alcance su máximo en ese tiempo. Créditos: Observadores: Manuel E. Moreno-Raya (CIEMAT, Spain) y Lluís Galbany (DAS / UC, Chile), Procesado de datos y composición en color: Ángel R. López-Sánchez (AAO / MQ, Australia), Astrónomo de soporte: Chris Benn (ING, Reino Unido), Operador del Telescopio: José Norberto González (ING, Reino Unido). Equipo de investigación: Manuel E. Moreno-Raya (CIEMAT, España), Mercedes Mollá (CIEMAT, España), Ángel R. López-Sánchez (AAO / MQ, Australia), Lluís Galbany (DAS / UC, Chile), Aurelio Carnero (ON, Brasil), Inma Domínguez (UGR, España) y Pepe Vílchez (CSIC / IAA, España).

Leave a Reply

Your email address will not be published. Required fields are marked *