La historia conocida de la observación de supernovas se remonta al año 1006 d. C. Todas las propuestas anteriores para la observación de supernovas son especulaciones con muchas alternativas.
Desde el desarrollo del telescopio , el campo del descubrimiento de supernovas se ha expandido a otras galaxias. Estos fenómenos proporcionan información importante sobre las distancias de las galaxias. También se han desarrollado modelos exitosos del comportamiento de las supernovas y ahora se comprende cada vez más el papel de las supernovas en el proceso de formación de estrellas.
En el año 185 d. C. , los astrónomos de la dinastía Han registraron la aparición de una estrella brillante en el cielo y observaron que tardaba unos ocho meses en desaparecer del cielo. Se observó que brillaba como una estrella y no se movía por los cielos como un cometa . [3] [4] Estas observaciones son consistentes con la aparición de una supernova, [4] [2] y se cree que este es el registro más antiguo confirmado de un evento de supernova por la humanidad. SN 185 también puede haber sido registrada en la literatura romana , aunque no han sobrevivido registros. [9] Se sospecha que la capa gaseosa RCW 86 es el remanente de este evento, y estudios recientes de rayos X muestran una buena coincidencia con la edad esperada. [10] También se registró en el Libro de los Han posteriores , que contaba la historia de China desde el 25 al 220 d. C. [11]
En el año 393 d. C., los chinos registraron la aparición de otra "estrella invitada" , SN 393 , en la moderna constelación de Escorpio . [2] [12] Es posible que se hayan observado eventos de supernova adicionales no confirmados en el año 369 d. C. (SN [5] improbable ), 386 d. C. (improbable [5] ), 437 d. C., 827 d. C. y 902 d. C. [2] Sin embargo, estos aún no se han asociado con un remanente de supernova, por lo que siguen siendo solo candidatos. En un lapso de aproximadamente 2000 años, los astrónomos chinos registraron un total de veinte eventos candidatos de este tipo, incluidas explosiones posteriores notadas por observadores islámicos, europeos y posiblemente indios y otros. [2] [13]
La supernova SN 1006 apareció en la constelación austral de Lupus durante el año 1006 d. C. Esta fue la estrella más brillante registrada que haya aparecido jamás en el cielo nocturno, y su presencia se observó en China, Egipto , Irak , Italia, Japón y Suiza . También es posible que se haya observado en Francia, Siria y América del Norte. El astrólogo egipcio Ali ibn Ridwan calculó que el brillo de esta estrella era un cuarto del brillo de la Luna. Los astrónomos modernos han descubierto el débil remanente de esta explosión y han determinado que se encontraba a sólo 7.100 años luz de la Tierra. [14]
La supernova SN 1054 fue otro evento ampliamente observado, con astrónomos registrando la aparición de la estrella en 1054 d. C. También puede haber sido registrada, junto con otras supernovas, por los Ancestrales Puebloans en el actual Nuevo México como un petroglifo con forma de estrella de cuatro puntas . [15] Esta explosión apareció en la constelación de Tauro , donde produjo el remanente de la Nebulosa del Cangrejo . En su apogeo, la luminosidad de SN 1054 puede 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. [16] [17]
Hay menos registros de la supernova SN 1181 , que se produjo en la constelación de Casiopea poco más de un siglo después de la SN 1054. Sin embargo, fue observada por astrónomos chinos y japoneses. El púlsar 3C58 fue considerado como la reliquia estelar más probable de este evento. [18] El evento había sido objeto de debate durante mucho tiempo [7] [6] [19] pero en 2021 se propuso otro candidato para el remanente, la nebulosa Pa 30 recientemente descubierta, que se ha descubierto que tiene unos 1000 años de antigüedad. [8]
El astrónomo danés Tycho Brahe 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. Esta supernova, posteriormente llamada SN 1572 , estuvo asociada a un remanente durante la década de 1960. [20]
Una creencia común en Europa durante este período era la idea aristotélica de que el cosmos más allá de la Luna y los planetas era inmutable (no cambiaba con el tiempo), por lo que los observadores argumentaban que el fenómeno era algo en la atmósfera de la Tierra. Sin embargo, Tycho notó que el objeto permanecía estacionario de noche en noche (nunca cambiaba su paralaje ), por lo que debía estar muy lejos. [21] [22] Publicó sus observaciones en el pequeño libro De nova et nullius aevi memoria prius visa stella ( en latín , "Sobre la estrella nueva y nunca antes vista") en 1573. Es del título de este libro de donde se deriva la palabra moderna nova para las estrellas variables cataclísmicas . [23]
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 famoso por su estudio sistemático del objeto en sí. Publicó sus observaciones en la obra De Stella nova in pede Serpentarii . [24]
Galileo , al igual que Tycho antes que él, intentó en vano medir la paralaje de esta nueva estrella, y luego argumentó en contra de la visión aristotélica de un cielo inmutable. [25] El remanente de esta supernova fue identificado en 1941 en el Observatorio del Monte Wilson . [26]
La verdadera naturaleza de la supernova permaneció oscura durante algún tiempo. Los observadores lentamente llegaron 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 experimentaban cambios repentinos de brillo. Sin embargo, estas recibieron poca atención de la comunidad astronómica. Finalmente, en 1866, el astrónomo inglés William Huggins realizó las primeras observaciones espectroscópicas de una nova, descubriendo líneas de hidrógeno en el espectro inusual de la nova recurrente T Coronae Borealis . [27] Huggins propuso una explosión cataclísmica como el mecanismo subyacente, y sus esfuerzos atrajeron el interés de otros astrónomos. [28]
En 1885, Ernst Hartwig, en Estonia , observó una erupción de tipo nova en dirección a la galaxia de Andrómeda . S Andromedae aumentó su brillo hasta la sexta magnitud, eclipsando al núcleo entero de la galaxia, y luego se atenuó de forma muy similar a una nova. En 1917, George W. Ritchey midió la distancia a la galaxia de Andrómeda y descubrió que se encontraba mucho más lejos de lo que se había pensado anteriormente. 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, liberó una cantidad de energía mucho mayor que la típica de una nova. [29]
Los primeros trabajos sobre esta nueva categoría de nova fueron realizados durante la década de 1930 por Walter Baade y Fritz Zwicky en el Observatorio del Monte Wilson. [30] Identificaron S Andromedae, lo que consideraron una supernova típica, como un evento explosivo que liberó radiación aproximadamente igual a la producción total de energía del Sol durante 10 7 años. Decidieron llamar a esta nueva clase de variables cataclísmicas supernovas, y postularon que la energía fue generada por el colapso gravitacional de estrellas ordinarias en estrellas de neutrones . [31] El nombre supernovas fue utilizado por primera vez en una conferencia de 1931 en Caltech por Zwicky, luego utilizado públicamente en 1933 en una reunión de la Sociedad Estadounidense de Física . Para 1938, el guión se había perdido y el nombre moderno estaba en uso. [32]
Aunque se pensaba que las supernovas se producían en promedio una vez cada 50 años en la Vía Láctea, [33] las observaciones de galaxias distantes permitieron descubrirlas y examinarlas con mayor frecuencia. La primera patrulla de detección de supernovas fue iniciada por Zwicky en 1933. A él se unió Josef J. Johnson de Caltech en 1936. Utilizando 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. [34]
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. Señaló que, si bien tenía la apariencia de una nebulosa planetaria , la velocidad de expansión medida era demasiado grande para pertenecer a esa clasificación. [35] Durante el mismo año, Baade propuso por primera vez el uso de la supernova de Tipo Ia como un indicador de distancia secundario. Más tarde, el trabajo de Allan Sandage y Gustav Tammann ayudó a refinar el proceso de modo que las supernovas de Tipo Ia se convirtieron en un tipo de candela estándar para medir grandes distancias a través del cosmos. [36] [37]
La primera clasificación espectral de estas supernovas distantes fue realizada por Rudolph Minkowski en 1941. Las clasificó en dos tipos, en función de si aparecían o no líneas del elemento hidrógeno en el espectro de la supernova. [38] Más tarde, Zwicky propuso los tipos III, IV y V adicionales, aunque ya no se utilizan y ahora parecen estar asociados con tipos de supernova peculiares únicos. Una subdivisión posterior de las categorías espectrales dio lugar al moderno esquema de clasificación de supernovas . [39]
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 los elementos pesados eran responsables de la eliminación de energía necesaria para que se produjera un colapso gravitacional. La estrella que colapsaba se volvía inestable en rotación y producía una expulsión explosiva de elementos que se distribuyeron en el espacio interestelar. [40] 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. [41]
La primera búsqueda de supernovas controlada por ordenador se inició en la década de 1960 en la Universidad Northwestern . Construyeron un telescopio de 24 pulgadas en el Observatorio Corralitos de Nuevo México que podía reposicionarse bajo control informático. El telescopio mostraba una nueva galaxia cada minuto y los observadores comprobaban la imagen en una pantalla de televisión. De este modo, descubrieron 14 supernovas en un período de dos años. [42]
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. [43] 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 una tasa 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 en 56 Co con una vida media de 6,8 días , y la desintegración del níquel y el cobalto proporciona la energía irradiada por la supernova en la última parte de su historia. La coincidencia tanto en la producción total de energía como en la tasa de desvanecimiento entre los modelos teóricos y las observaciones de 1972e condujo a una rápida aceptación del modelo de explosión degenerada. [44]
Mediante la observación de las curvas de luz de muchas supernovas de tipo Ia, se descubrió que parecen tener una luminosidad máxima común. [45] Al medir la luminosidad de estos eventos, se puede estimar con buena precisión la distancia a su galaxia anfitriona. Por lo tanto, esta categoría de supernovas se ha vuelto muy útil como una vela estándar para medir distancias cósmicas. En 1998, el High-Z Supernova Search y el 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 . [46] [47]
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, lo que posiblemente explica por qué no hizo 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. [48]
En 1987, la supernova 1987A en la Gran Nube de Magallanes fue observada a pocas horas de que su luz alcanzara la Tierra. Fue la primera supernova que se detectó a través de su emisión de neutrinos y la primera que se observó 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 formación de supernovas se pusieran a prueba con observaciones. [49] [50]
La tasa de descubrimiento de supernovas aumentó de manera constante a lo largo del siglo XX. [51] En la década de 1990, se iniciaron varios programas de búsqueda automatizada de supernovas. El programa de búsqueda de supernovas del Observatorio Leuschner se inició en 1992 en el Observatorio Leuschner . A él se unió el mismo año el programa del Telescopio de imágenes automáticas de Berkeley. A estos les sucedió en 1996 el Telescopio de imágenes automáticas Katzman en el Observatorio Lick , que se utilizó principalmente para la Búsqueda de supernovas del Observatorio Lick (LOSS). En 2000, el programa Lick dio como resultado el descubrimiento de 96 supernovas, lo que lo convirtió en el programa de búsqueda de supernovas más exitoso del mundo. [52]
A finales de los años 1990 se propuso que los remanentes de supernovas recientes podrían encontrarse buscando rayos gamma provenientes de la desintegración del titanio-44 . Este tiene una vida media de 90 años y los rayos gamma pueden atravesar la galaxia fácilmente, por lo que nos permite ver cualquier remanente del último milenio aproximadamente. Se encontraron dos fuentes, el remanente Cassiopeia A descubierto anteriormente y el remanente RX J0852.0-4622 , que acababa de ser descubierto superpuesto al remanente de supernova Vela [53].
Este remanente (RX J0852.0-4622) se había encontrado delante (aparentemente) del remanente de supernova de Vela, de mayor tamaño . [54] Los rayos gamma de la desintegración del titanio-44 mostraron que debió haber explotado bastante recientemente (quizás alrededor de 1200 d. C.), pero no hay registro histórico de ello. El flujo de rayos gamma y rayos X indica que la supernova estaba relativamente cerca de nosotros (quizás a 200 parsecs o 600 años luz). Si es así, se trata de un acontecimiento sorprendente porque se estima que las supernovas a menos de 200 parsecs de distancia ocurren menos de una vez cada 100.000 años. [55]
SN 2003fg fue descubierta en una galaxia en formación en 2003. La aparición de esta supernova fue estudiada en "tiempo real" y ha planteado varias preguntas físicas importantes, ya que parece más masiva de lo que permitiría el límite de Chandrasekhar . [57]
La supernova SN 2006gy , observada por primera vez en septiembre de 2006 y que se produjo 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 anteriormente, [58] [59] y se estima que la estrella progenitora es 150 veces más masiva que el Sol. [60] Aunque tenía algunas características de una supernova de tipo Ia, se encontró hidrógeno en el espectro. [61] Se cree que SN 2006gy es una candidata probable para una supernova de inestabilidad de pares . SN 2005ap, que fue descubierta 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 normal de tipo II. [62]
El 21 de mayo de 2008, los astrónomos anunciaron que habían captado por primera vez una supernova en cámara justo en el momento de su explosión. Por casualidad, se observó una explosión de rayos X mientras se observaba la galaxia NGC 2770 , a 88 millones de años luz de la Tierra, y una variedad de telescopios 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 . [64]
Caroline Moore , una de las muchas astrónomas aficionadas que buscan supernovas y 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. [65] [66] Sin embargo, en enero de 2011, se informó que Kathryn Aurora Gray, de 10 años, de Canadá, había descubierto una supernova, lo que la convirtió en la persona más joven en encontrar una supernova. [67] Gray, su padre y un amigo detectaron 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. Los nitratos aparentemente se formaron a partir de óxidos de nitrógeno creados por rayos gamma de las supernovas. Esta técnica debería ser capaz de detectar supernovas que se remontan a varios miles de años. [69]
El 15 de noviembre de 2010, los astrónomos que utilizan el Observatorio de rayos X Chandra de la NASA anunciaron que, al observar el remanente de SN 1979C en la galaxia Messier 100 , descubrieron un objeto que podría ser un agujero negro joven de 30 años . La NASA también señaló la posibilidad de que este objeto pudiera ser una estrella de neutrones giratoria que produce un viento de partículas de alta energía. [70]
El 24 de agosto de 2011, el sondeo automatizado Palomar Transient Factory descubrió una nueva supernova de tipo Ia ( SN 2011fe ) en la galaxia Pinwheel (M101) poco después de que estallara. Al estar a sólo 21 millones de años luz de distancia y haber sido detectada tan pronto después del inicio del evento, permitirá a los científicos aprender más sobre los primeros desarrollos de este tipo de supernovas. [71]
El 16 de marzo de 2012, se descubrió una supernova de tipo II , designada como SN 2012aw, en M95. [72] [73] [74]
El 22 de enero de 2014, los estudiantes del Observatorio de la Universidad de Londres detectaron una estrella en explosión, SN 2014J, en la galaxia cercana M82 (la Galaxia del Cigarro). A una distancia de unos 12 millones de años luz, la supernova es una de las más cercanas que se han observado en las últimas décadas. [75]
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 fotografías consecutivas durante casi un año de la supernova Tipo Ia resultante , designada como SN 2018gv. [76]
Se estima que la tasa de producción de supernovas en una galaxia del tamaño de la Vía Láctea es de aproximadamente dos veces por siglo. Esta tasa es mucho mayor que la observada en la actualidad, lo que implica que una parte de estos eventos han sido ocultados a 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 el próximo evento de este tipo será detectado casi con certeza. [33]
Se prevé que el Observatorio Vera C. Rubin en Chile descubra entre tres y cuatro millones de supernovas durante su estudio de diez años, en un amplio rango de distancias. [77]
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