Una hipernova (también conocida como colapsar ) es una supernova muy energética que se cree que es el resultado de un escenario extremo de colapso del núcleo. En este caso, una estrella masiva (>30 masas solares ) colapsa para formar un agujero negro giratorio que emite chorros astrofísicos gemelos y está rodeado por un disco de acreción . Se trata de un tipo de explosión estelar que expulsa material con una energía cinética inusualmente alta , un orden de magnitud superior a la mayoría de las supernovas, con una luminosidad al menos 10 veces mayor. Las hipernovas liberan rayos gamma tan intensos que a menudo parecen similares a una supernova de tipo Ic , pero con líneas espectrales inusualmente anchas que indican una velocidad de expansión extremadamente alta. Las hipernovas son uno de los mecanismos para producir largos estallidos de rayos gamma (GRB) , que varían entre 2 segundos y más de un minuto de duración. También se les ha denominado supernovas superluminosas , aunque esa clasificación también incluye otro tipo de explosiones estelares extremadamente luminosas que tienen diferentes orígenes.
En la década de 1980, el término hipernova se utilizó para describir un tipo teórico de supernova ahora conocido como supernova de inestabilidad de pares . Se refería a la energía extremadamente alta de la explosión en comparación con las típicas supernovas de colapso del núcleo . [1] [2] [3] El término se había utilizado anteriormente para describir explosiones hipotéticas de diversos eventos como hiperestrellas , estrellas de población III extremadamente masivas en el universo temprano, [4] o de eventos como fusiones de agujeros negros . [5]
En febrero de 1997, el satélite italiano-holandés BeppoSAX pudo rastrear GRB 970508 hasta una galaxia débil a unos 6 mil millones de años luz de distancia. [6] A partir del análisis de los datos espectroscópicos tanto del GRB 970508 como de su galaxia anfitriona, Bloom et al. concluyó en 1998 que la causa probable era una hipernova. [6] Ese mismo año, el astrónomo polaco Bohdan Paczyński planteó con mayor detalle la hipótesis de las hipernovas como supernovas provenientes de estrellas que giran rápidamente. [7]
Desde finales del siglo XX , el uso del término hipernova se ha perfeccionado para referirse a aquellas supernovas con una energía cinética inusualmente grande. [8] La primera hipernova observada fue SN 1998bw , con una luminosidad 100 veces mayor que una estándar Tipo Ib. [9] Esta supernova fue la primera en asociarse con un estallido de rayos gamma (GRB) y produjo una onda de choque que contenía un orden de magnitud más energía que una supernova normal. Otros científicos prefieren llamar a estos objetos simplemente supernovas de tipo Ic de líneas generales . [10] Desde entonces, el término se ha aplicado a una variedad de objetos, no todos los cuales cumplen con la definición estándar; por ejemplo ASASSN-15lh . [11]
En 2023, se publicó la observación del evento transitorio no cuásar altamente energético AT2021lwx con una emisión extremadamente fuerte desde longitudes de onda de infrarrojo medio a rayos X y una energía total de 1,5 · 10 · 46 julios . [12] No se cree que este objeto sea una hipernova; en cambio, es probable que sea una enorme nube de gas absorbida por un agujero negro masivo. El evento también recibió el nombre aleatorio "ZTF20abrbeie" del Zwicky Transient Facility . Este nombre y la aparente ferocidad del evento llevaron al apodo de "Barbie aterradora", llamando la atención de la prensa generalizada.
Se cree que las hipernovas son supernovas cuyas eyecciones tienen una energía cinética mayor que aproximadamente10 45 julios , un orden de magnitud superior al de una supernova típica de colapso del núcleo. Las masas de níquel eyectadas son grandes y la velocidad de eyección es de hasta el 99% de la velocidad de la luz . Por lo general, son de tipo Ic y algunos están asociados con estallidos de rayos gamma de larga duración . La energía electromagnética liberada por estos eventos varía desde comparable a la de otras supernovas de tipo Ic, hasta algunas de las supernovas más luminosas conocidas, como SN 1999as. [13] [14]
La hipernova arquetípica, SN 1998bw, se asoció con GRB 980425 . Su espectro no mostró características claras de hidrógeno ni de helio , pero las fuertes líneas de silicio la identificaron como una supernova de tipo Ic. Las principales líneas de absorción se ampliaron extremadamente y la curva de luz mostró una fase de brillo muy rápida, alcanzando el brillo de una supernova de tipo Ia el día 16. La masa total eyectada fue de aproximadamente 10 M ☉ y la masa de níquel eyectada de aproximadamente 0,4 M ☉ . [13] Todas las supernovas asociadas con GRB han mostrado la eyección de alta energía que las caracteriza como hipernovas. [15]
Se han observado radiosupernovas inusualmente brillantes como contrapartes de hipernovas y se las ha denominado "radiohipernovas". [dieciséis]
Los modelos de hipernova se centran en la transferencia eficiente de energía al material eyectado. En las supernovas normales de colapso del núcleo , el 99% de los neutrinos generados en el núcleo en colapso escapan sin impulsar la eyección de material. Se cree que la rotación del progenitor de la supernova impulsa un chorro que acelera el material lejos de la explosión a una velocidad cercana a la de la luz. Los sistemas binarios se estudian cada vez más como el mejor método para eliminar las envolturas estelares y dejar un núcleo de carbono y oxígeno desnudo, y para inducir las condiciones de giro necesarias para impulsar una hipernova.
El modelo colapsar describe un tipo de supernova que produce un objeto colapsado gravitacionalmente, o agujero negro . La palabra "colapsar", abreviatura de " estrella colapsada ", se utilizaba antiguamente para referirse al producto final del colapso gravitacional estelar , un agujero negro de masa estelar . La palabra ahora se utiliza a veces para referirse a un modelo específico del colapso de una estrella en rápida rotación. Cuando se produce el colapso del núcleo en una estrella con un núcleo de al menos quince veces la masa del Sol ( M ☉ ), aunque la composición química y la velocidad de rotación también son importantes, la energía de la explosión es insuficiente para expulsar las capas exteriores de la estrella, y colapsar en un agujero negro sin producir un estallido de supernova visible.
Una estrella con una masa central ligeramente inferior a este nivel (en el rango de 5 a 15 M ☉ ) sufrirá una explosión de supernova, pero gran parte de la masa expulsada vuelve a caer sobre el remanente del núcleo que aún así colapsa en un agujero negro. Si una estrella de este tipo gira lentamente, producirá una supernova débil, pero si la estrella gira lo suficientemente rápido, el retorno al agujero negro producirá chorros relativistas . La energía que estos chorros transfieren a la capa expulsada hace que el estallido visible sea sustancialmente más luminoso que una supernova estándar. Los chorros también emiten partículas de alta energía y rayos gamma directamente hacia afuera y, por lo tanto, producen explosiones de rayos X o gamma ; los chorros pueden durar varios segundos o más y corresponden a estallidos de rayos gamma de larga duración, pero no parecen explicar los estallidos de rayos gamma de corta duración. [17] [18]
Alguna vez se pensó que el mecanismo para producir el progenitor despojado de las supernovas de tipo Ic, una estrella de carbono y oxígeno que carece de hidrógeno o helio significativos, era el de una estrella masiva extremadamente evolucionada, por ejemplo una estrella de tipo WO Wolf-Rayet cuyo denso viento estelar expulsó todo sus capas exteriores. Las observaciones no han logrado detectar tales progenitores. Todavía no se ha demostrado de manera concluyente que los progenitores sean en realidad un tipo diferente de objeto, pero varios casos sugieren que los "gigantes de helio" de menor masa son los progenitores. Estas estrellas no son lo suficientemente masivas como para expulsar sus envolturas simplemente mediante vientos estelares, y serían despojadas por transferencia de masa a una compañera binaria. Los gigantes de helio son cada vez más favorecidos como progenitores de las supernovas de tipo Ib, pero los progenitores de las supernovas de tipo Ic aún son inciertos. [19]
Un mecanismo propuesto para producir estallidos de rayos gamma es el colapso gravitacional inducido , en el que una estrella de neutrones colapsa en un agujero negro por el colapso del núcleo de una compañera cercana que consiste en un núcleo de carbono y oxígeno despojado. El colapso inducido de la estrella de neutrones permite la formación de chorros y eyecciones de alta energía que han sido difíciles de modelar a partir de una sola estrella. [20]
