La observación de supernovas en galaxias polvorientas, necesita telescopios infrarrojos

Cuando las estrellas explotan generan fantásticos espectáculos de luz. Los telescopios infrarrojos como Spitzer, pueden detectarlos a través de la neblina y dar una mejor idea de la frecuencia con la que ocurren estas explosiones.

Se podría pensar que las supernovas, que es la agonía de las estrellas masivas y una de las explosiones más brillantes y poderosas del universo, serían difíciles de pasar por alto. Sin embargo, el número de estas explosiones observadas en lugares distantes del universo está muy por debajo de las predicciones de los astrofísicos.

Un nuevo estudio que utiliza datos del telescopio espacial Spitzer de la NASA, recientemente retirado, informa de la detección de cinco supernovas que, sin ser descubiertas en luz óptica, nunca antes se habían visto. Spitzer observaba el universo en luz infrarroja, que es capaz de atravesar las nubes de polvo que bloquean la luz óptica, el tipo de luz que ven nuestros ojos y que las supernovas despejadas irradian con mayor intensidad.

Póster de la NASA, que conmemora el telescopio espacial Spitzer ya retirado.
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Créditos: NASA/JPL-Caltech.

Para buscar supernovas ocultas, los investigadores analizaron las observaciones de Spitzer de 40 galaxias polvorientas. (En el espacio, el polvo se refiere a partículas parecidas a granos con una consistencia similar al humo). Basado en el número de supernovas que encontraron en estas galaxias, el estudio confirma que éstas ocurren con tanta frecuencia como los científicos suponían. La expectativa se basa en el conocimiento del que disponen actualmente los científicos sobre cómo evolucionan las estrellas. Estudios como este son necesarios para mejorar eso conocimiento, ya sea reforzando o descartando ciertos aspectos de la misma.

“Estos resultados de Spitzer muestran que los estudios ópticos en los que hemos confiado durante mucho tiempo para detectar supernovas, pierden hasta la mitad de las explosiones estelares que ocurren en el universo”, dijo Ori Fox, científico del Instituto de Ciencias del Telescopio Espacial en Baltimore, Maryland y autor principal del nuevo estudio, publicado en Monthly Notices of the Royal Astronomical Society. “Es muy buena noticia que la cantidad de supernovas que estamos viendo con Spitzer sea estadísticamente consistente con las predicciones teóricas”.

La “discrepancia de supernovas”, es decir, la inconsistencia entre el número de supernovas pronosticadas y el número observado por telescopios ópticos, no es un problema en el universo cercano. Allí, las galaxias han ralentizado su ritmo de formación estelar y generalmente son menos polvorientas. Sin embargo, en los lugares más distantes del universo, las galaxias parecen más jóvenes, producen estrellas a velocidades más altas y suelen tener mayores cantidades de polvo. Este polvo absorbe y dispersa la luz óptica y ultravioleta, evitando que llegue a los telescopios. Así que los investigadores han razonado durante mucho tiempo que las supernovas faltantes deben existir y simplemente no se ven.

“Debido a que el universo local se ha calmado un poco desde sus primeros años de formación de estrellas, vemos el número esperado de supernovas con búsquedas ópticas típicas”, dijo Fox. “El porcentaje de detección de supernovas observado disminuye a medida que te alejas y vuelves a épocas cósmicas donde dominaban las galaxias más polvorientas”.

La detección de supernovas a distancias lejanas puede ser un desafío. Para realizar una búsqueda de supernovas envueltas en reinos galácticos más oscuros pero a distancias menos extremas, el equipo de Fox seleccionó un conjunto local de 40 galaxias obstruidas por el polvo, conocidas como galaxias infrarrojas luminosas y ultraluminosas (LIRG y ULIRG, respectivamente). El polvo en los LIRG y ULIRG absorbe la luz óptica de objetos como las supernovas, pero permite que la luz infrarroja de estos mismos objetos pase sin obstrucciones y de esta forma los telescopios como Spitzer la detectan.

La corazonada de los investigadores resultó correcta cuando las cinco supernovas nunca antes vistas llegaron a la luz (infrarroja). “Es un testimonio de la capacidad de descubrimiento de Spitzer, que fue capaz de captar la señal de supernovas ocultas en estas galaxias polvorientas”, dijo Fox. “Fue especialmente divertido para varios de nuestros estudiantes universitarios contribuir de manera significativa a esta emocionante investigación”, dijo el coautor del estudio Alex Filippenko, profesor de astronomía en la Universidad de California, Berkeley. “Ellos ayudaron a responder la pregunta, ‘¿A Dónde se han ido todas las supernovas?'”

Los tipos de supernovas detectadas por Spitzer se conocen como “supernovas de colapso del núcleo”, que parten de estrellas gigantes con al menos ocho veces la masa del Sol. A medida que envejecen y sus núcleos se llenan de hierro, las grandes estrellas ya no pueden producir suficiente energía para resistir su propia gravedad, y sus núcleos colapsan, repentina y catastróficamente.

Las intensas presiones y temperaturas producidas durante este rápido derrumbe forman nuevos elementos químicos a través de la fusión nuclear. Las estrellas que colapsan rebotan en sus núcleos ultra densos, se hacen añicos y dispersan esos elementos por todo el espacio. Las supernovas producen elementos “pesados”, como son la mayoría de los metales. Esos elementos son necesarios para construir planetas rocosos, como la Tierra, así como seres biológicos. En general, las tasas de supernova sirven como un control importante de los modelos de formación de estrellas y la creación de elementos pesados ​​en el universo. “Si tienes un control sobre cuántas estrellas se están formando, entonces puedes predecir cuántas estrellas explotarán”, dijo Fox. “O, viceversa, si sabes cuántas estrellas están explotando, puedes predecir cuántas estrellas se están formando. Comprender esa relación es fundamental para muchas áreas de estudio en astrofísica”.

Los telescopios de próxima generación, incluidos el telescopio espacial Nancy Grace Roman de la NASA y el telescopio espacial James Webb, detectarán luz infrarroja, como Spitzer.

“Nuestro estudio ha demostrado que los modelos de formación de estrellas son más consistentes con las tasas de supernovas de lo que se pensaba”, dijo Fox. “Y al revelar estas supernovas ocultas, Spitzer ha preparado el camino para nuevos tipos de descubrimientos con los telescopios espaciales Roman y Webb”.

Más sobre la misión

El Jet Propulsion Laboratory de la NASA en el sur de California llevó a cabo las operaciones y administró la misión del Telescopio Espacial Spitzer para la Science Mission Directorate de la agencia en Washington. Las operaciones científicas se llevaron a cabo en el Spitzer Science Center en Caltech en Pasadena. Las operaciones de la nave espacial tuvieron su base en Lockheed Martin Space en Littleton, Colorado. Los datos se archivan en el Infrared Science Archive ubicado en IPAC en Caltech. Caltech administra JPL para la NASA.

Noticia original (en inglés)

Edición: R. Castro.