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Hubble captura supernova supergigante roja de hace 11.000 millones de años

La luz de una estrella que explotó hace más de 11 mil millones de años fue capturada por el Telescopio Espacial Hubble. No fue solo una postal del pasado remoto, sino tres mensajes que narran la bola de fuego que se desvanece durante un período de una semana.

A través de un fenómeno llamado lente gravitacional, tres momentos diferentes en una explosión de supernova lejana fueron capturados en una sola instantánea por el Telescopio Espacial Hubble de la NASA. La luz de la supernova, que se encontraba detrás del cúmulo de galaxias Abell 370, fue multiplicada por la inmensa gravedad del cúmulo. Crédito: NASA, ESA, STScI, Wenlei Chen (UMN), Patrick Kelly (UMN), Hubble Frontier Fields

Explosión del pasado atrapada en episodios debido a lentes gravitacionales

Para empezar, la débil luz de la supernova fue amplificada por el campo gravitatorio de un enorme cúmulo de galaxias en primer plano, Abell 370. La urdimbre gravitacional en el espacio actúa como una lente cósmica, doblando y magnificando la luz de la supernova más distante, que se encontraba muy por detrás del cúmulo.

Una ventaja para los astrónomos es que no una, sino tres imágenes de la supernova aparecen en la foto, colgadas a lo largo del cúmulo. Muestran la explosión en diferentes momentos que llegaron al Hubble simultáneamente. Una pista es que la bola de fuego de la supernova de enfriamiento aparece en colores ligeramente diferentes entre las imágenes de la supernova. Las imágenes llegaron en diferentes momentos porque la longitud de las vías que siguió la luz de la supernova es diferente. Las imágenes posteriores se retrasaron debido a tomar una ruta más larga a través de “valles” de espacio deformado.

Hubble captura 3 caras de supernova en evolución en el universo temprano

El Telescopio Espacial Hubble de la NASA capturó tres momentos diferentes en una explosión de supernova lejana en una sola instantánea. Cuando la estrella explotó hace más de 11.000 millones de años, el universo tenía menos de una quinta parte de su edad actual de 13.800 millones de años.

De hecho, esta es la primera mirada detallada a unasupernovatan temprano en la historia del universo. La investigación podría ayudar a los científicos a aprender más sobre la formación de estrellas y galaxias en el universo temprano. Las imágenes de supernova también son especiales porque muestran las primeras etapas de una explosión estelar.

“Es bastante raro que una supernova pueda detectarse en una etapa muy temprana, porque esa etapa es realmente corta”, explicó Wenlei Chen, primer autor del artículo e investigador postdoctoral en la Escuela de Física y Astronomíade la Universidad de Minnesota. “Solo dura de horas a unos pocos días, y se puede perder fácilmente incluso para una detección cercana. En la misma exposición, podemos ver una secuencia de las imágenes, como múltiples caras de una supernova”.

Crédito: NASA, ESA, Alyssa Pagan (STScI)

Esto fue posible a través de unfenómeno llamado lente gravitacional, que se predijo por primera vez en la teoría de la relatividad general de Einstein. En este caso, la inmensa gravedad del cúmulo de galaxiasAbell 370actuó como una lente cósmica, doblando y magnificando la luz de la supernova más distante ubicada detrás del cúmulo.

deformación también produjo múltiples imágenes de la explosión durante diferentes períodos de tiempo que llegaron a la Tierra al mismo tiempo y fueron capturadas en una imagen del Hubble. Eso fue posible solo porque las imágenes ampliadas tomaron diferentes rutas a través del cúmulo debido tanto a las diferencias en la longitud de las vías que siguió la luz de la supernova, como a la desaceleración del tiempo y la curvatura del espacio debido a la gravedad.

La exposición del Hubble también capturó el rápido cambio de color de la supernova, que se desvanece, lo que indica un cambio de temperatura. Cuanto más azul es el color, más caliente es la supernova. La fase más temprana capturada aparece azul. A medida que la supernova se enfriaba, su luz se volvió más roja.

Crédito: NASA, ESA, Alyssa Pagan (STScI)

“Se ven diferentes colores en las tres imágenes diferentes”, dijo Patrick Kelly, líder del estudio y profesor asistente en la Escuela de Física y Astronomía de la Universidad de Minnesota. “Tienes la estrella masiva, el núcleo colapsa, produce un shock, se calienta, y luego lo ves enfriarse durante una semana. ¡Creo que esa es probablemente una de las cosas más increíbles que he visto!”

Esta es también la primera vez que los astrónomos pudieron medir el tamaño de una estrella moribunda en el universo temprano. Esto se basó en el brillo y la velocidad de enfriamiento de la supernova, los cuales dependen del tamaño de la estrella progenitora. Las observaciones del Hubble muestran que la supergigante roja cuya explosión de supernova descubrieron los investigadores era aproximadamente 500 veces más grande que el Sol.

Chen, Kelly y un equipo internacional de astrónomos encontraron esta supernova revisando los archivos de datos del Hubble, en busca de eventos transitorios. Chen escribió algoritmos de aprendizaje automático para encontrar estos eventos, pero esta fue la única supernova de imágenes múltiples identificada.

Chen y Kelly tienen tiempo planeado paraque el Telescopio Espacial James Webb de la NASA observe supernovas aún más distantes. Esperan contribuir a un catálogo de supernovas muy lejanas para ayudar a los astrónomos a comprender si las estrellas que existieron hace muchos miles de millones de años son diferentes de las del universo cercano.

Referencia: Shock cooling of a red-supergiant supernova at redshift 3 in lensed images” por Wenlei Chen, Patrick L. Kelly, Masamune Oguri, Thomas J. Broadhurst, Jose M. Diego, Najmeh Emami, Alexei V. Filippenko, Tommaso L. Treu y Adi Zitrin, 9 de noviembre de 2022, Nature. DOI: 10.1038/s41586-022-05252-5

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