Astronomía

Salida superluminosa de supernova

Salida superluminosa de supernova


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Estaba leyendo sobre lo poderosas que eran las supernovas y descubrí que hay supernovas aún más grandes, también llamadas hipernovas. Creo que se descubrió una gran explosión en 2016 (o fue en 2017). Me gustaría saber a escala humana cuánto poder es. Supongamos que un inventor produjo una tecnología de motor que tiene la salida de la supernova superluminosa más grande para proyectar un transbordador espacial. ¿Qué tan rápido se proyectaría la nave espacial hacia adelante? Esa es la salida que empuja el aire para proyectar la nave espacial hacia adelante. ¿Qué velocidad alcanzaría? Una parte de mí quiere decir más rápido que la luz. Imagino que la nave viajará tan rápido que se desintegrará ya que la materia no puede exceder la velocidad de la luz.


Esto nos pone en el reino de los números tontos.

Una supernova tiene suficiente energía para destrozar una estrella masiva. Poner toda esa energía en un pequeño cuerpo rígido no va a terminar bien.

Una hipernova emite alrededor de $ 10 ^ {46} $ julios. Necesitaremos la fórmula para la energía cinética relatavista $ E = mc ^ 2 ( gamma-1) $ donde $ gamma $ depende de la velocidad. La masa del transbordador es aproximadamente $ 2 times 10 ^ 6 $ kg, y $ c ^ 2 = 9 times 10 ^ {16} $

Entonces $ 10 ^ {46} = (2 times 10 ^ 6) times (9 times 10 ^ {16}) ( gamma - 1) $. Reordenando, $ gamma = 5.5 times10 ^ {22} $.

En relatividad $ gamma = 1 / sqrt {1-v ^ 2 / c ^ 2} $ Entonces, incluso esta enorme cantidad de energía no hará que el transbordador vaya más rápido que la luz. Lo hará ir a

99.99999999999999999999999999999999999999999998%

de la velocidad de la luz.


Este comentario no responderá sobre la velocidad de un cohete, porque no conozco otros factores que lo involucren. Pero este comentario le dará escalas de energía, en las que puede trabajar más tarde para obtener la velocidad de un cohete. No puedo poner este comentario en el "comentario" porque será demasiado largo.

Las hipernovas (también conocidas como supernovas Ic de línea ancha (SNe Ic-BL) y las supernovas superluminosas (SLSNe) son supernovas de colapso del núcleo (CCSNe).

Se cree que las CCSNe típicas son explosiones retardadas impulsadas por neutrinos, donde la energía total de la explosión es de $ 10 ^ {53} $ erg. Para SNe típico (es decir, no SNe Ic-BL ni SLSNe), solo $ sim 1 $% de la energía total de explosión se convierte en radiación, es decir, $ sim 10 ^ {51} $ erg.

SNe Ic-BL y SLSNe irradian $ gtrsim 10 ^ {51} - 10 ^ {52} $ erg, más que los del SNe típico. Debido a que son más energéticos que el $ sim 10 ^ {51} $ erg predicho por el CCSNe típico, sus mecanismos de explosión o fuentes de energía están bajo debate. Actualmente, el poder de un magnetar giratorio es el candidato más favorecido. El spin-down del magnetar puede suministrar $ sim 10 ^ {52} $ erg, con un pico de $ lesssim 10 ^ {45} $ erg / s.

Hablando en términos de potencia, es decir, luminosidad, el SNe típico tiene picos de salidas UV / ópticas / NIR $ lesssim 10 ^ {43} $ erg / s. Los SNe Ic-BL tienen aproximadamente la misma escala, pero son más enérgicos porque la evidencia espectral implica eyecciones de movimiento rápido. SLSNe son $ gtrsim 10 ^ {44} $ erg / s.

Para ilustrar cuán poderosos son estos SNe, normalmente los comparamos con la radiación solar $ sim 10 ^ {33} $ erg / s.

Tenga en cuenta que se predicen explosiones aún más poderosas, como las supernovas de inestabilidad de pares (PISNe). PISNe puede suministrar $ sim 10 ^ {53} $ erg. Pero debido a la eyección muy masiva, se predice que la luminosidad máxima será comparable a la de SLSNe, pero con una escala de tiempo muy larga. Algunos SLSNe de evolución lenta son candidatos para PISNe.

Espero que esto te sea útil para calcular la velocidad de un cohete.


¡Una supernova superluminosa vista a más de 10 MIL MILLONES de años luz de distancia!

Los astrónomos han encontrado una de las estrellas explosivas más distantes jamás vistas: la luz del colosal evento tomó un asombroso 10 mil millones de años viajar a través del Universo para llegar hasta nosotros! Y, como muchos de sus hermanos, nos ayudará a comprender por qué explotan estas estrellas, en qué tipo de entorno crecieron y tal vez incluso cómo ha cambiado el Universo a lo largo de los eones.

La supernova se llama DEC16C2nm y fue vista en imágenes tomadas para el Dark Energy Survey, un gran proyecto que mapea millones de galaxias distantes en más de 5,000 grados cuadrados (¡aproximadamente 1/8 de todo el cielo!) Para comprender mejor la estructura del Universo. . Debido a que toma imágenes tan profundas, captará muchas estrellas explotando con el tiempo ... y en el espacio.

Más mala astronomía

Esta supernova se vio por primera vez en imágenes tomadas en agosto de 2016. Una vez que se descubrió, los astrónomos buscaron datos anteriores para ver si podían detectarla, y podría haberse visto en observaciones tomadas ya en marzo, pero definitivamente no en febrero. Alcanzó el brillo máximo en septiembre de 2016 y se ha ido desvaneciendo desde entonces.

La supernova superluminosa DEC16C2nm, vista en las imágenes de Dark Energy Survey cerca de su brillo máximo. Crédito: Colaboración de Mat Smith y DES

Pero su brillo es un tema clave: qué tan brillante se vuelve una supernova depende de qué tipo es y qué tan lejos está de nosotros. Sin la distancia, es difícil poder aplicarle mucha física.

La mejor manera de obtener la distancia es medir su espectro: divida la luz en colores individuales y examínelos. A medida que el Universo se expande, vemos objetos más distantes alejándose de nosotros más rápido, y esto cambia las longitudes de onda del espectro, haciéndolos más largos. Esto es lo que queremos decir cuando decimos que la luz es corrido al rojo.

Los espectros de DES16C2nm se tomaron en octubre de 2016 con el enorme telescopio Magellan y mostraron algunas pruebas de que la supernova tenía un alto corrimiento al rojo, lo que significa que estaba muy lejos. Más espectros tomados utilizando el monstruoso observatorio Keck en Hawai y el telescopio espacial Hubble lo confirmaron: la longitud de onda se había desplazado en un factor de casi tres utilizando la terminología de la astronomía, decimos que tiene un corrimiento al rojo (denotado por la letra z) de 1.9982. Cuando haces los cálculos, eso significa que la luz viajó durante más de 10 mil millones de años para llegar a nosotros *.

Ahora que los astrónomos tenían la distancia, podían retroceder y ver qué tan brillante se ponía, y descubrieron que se trataba de 100 veces ¡Tan brillante como una supernova normal! Eso significa que está en una clase rara de estrella en explosión llamada supernova superluminosa o SLSN.

Estas son estrellas que comienzan su vida muy masivas y queman su combustible nuclear muy rápidamente. Por lo general, en un millón de años más o menos se quedan sin combustible. Cuando eso sucede, el núcleo colapsa y eso libera una gran cantidad de energía. En una supernova normal como esta, la explosión es tan poderosa que las capas externas de la estrella son destruidas y la liberación de energía es tan grande que es equivalente a la producción de toda la vida del Sol.

Pero estos superluminosos son aún más poderosos. No está claro por qué. Una idea es que cuando el núcleo colapsa forma una estrella de neutrones extremadamente caliente y densa. Estos tienen campos magnéticos extraordinariamente fuertes (billones veces más fuerte que la de la Tierra), y esta bestia es alimentada por el material que cae sobre ella desde el colapso del núcleo. La interacción resultante amplifica enormemente la explosión, creando las vastas energías de un SLSN. Otra idea es que podría ser una explosión de inestabilidad de par, o que el material expulsado choca contra el gas en su galaxia anfitriona y lo enciende.

La cuestión es que estas potencias son raras, por lo que no tenemos demasiadas para estudiar, lo que dificulta saber qué es qué. Todos los que encontramos así ayudan.

Pero curiosamente, este SLSN muy distante es bastante similar a los que hemos visto que están mucho más cerca de nosotros. Recuerde, esta explosión tuvo lugar cuando el Universo era mucho más joven, lo que implica que las condiciones en ese entonces para hacer que este tipo de estrellas también fueran similares. Eso ayuda a los astrónomos a comprender mejor cómo eran las cosas en las galaxias hace miles de millones de años, algo extraordinariamente difícil de hacer de otra manera. Galaxias tan lejanas desmayarse.

Hablando de eso, el Universo tiene ahora solo 13.8 mil millones de años, por lo que esto significa que la supernova estalló cuando el Universo tenía menos de 4 mil millones de años aproximadamente. Al observar las capacidades de los observatorios actuales y futuros (incluido WFIRST, una misión potencialmente sorprendente que cancela el presupuesto de la NASA de Trump), los astrónomos que encontraron este SLSN calculan que pueden verlos mucho más lejos, capturándolos con más de 12 mil millones de luz. -Años de distancia. Eso se remonta a cuando las cosas eran bastante diferentes en el Universo, por lo que mantener nuestros ojos telescópicos abiertos para este tipo de explosión bien vale la pena.

Una cosa que quiero señalar: estoy viendo muchos sitios de noticias que dicen que esta es la supernova más distante jamás vista. Pero eso no es cierto. Es el mas distante para lo cual tenemos confirmación espectroscópica directa. Se han detectado al menos otras dos supernovas que estaban más lejos (10,5 y 12 mil millones de años luz), pero esas distancias se encontraron mucho después del hecho midiendo los desplazamientos al rojo de sus galaxias anfitrionas. La diferencia es importante para los astrónomos: la capacidad de obtener espectros mientras la supernova todavía es un evento en curso nos permite no solo obtener la distancia, sino también comprender la química de los escombros de la supernova en expansión (por ejemplo, DEC16C2nm no tenía hidrógeno en su espectro, lo que indica que la estrella masiva voló la mayoría de sus capas externas antes de convertirse en kablooie, y eso nos dice mucho sobre lo que estaba haciendo en los años previos a la explosión).

Así que tenga cuidado al leer noticias sobre lo más distante esto o lo más poderoso aquello. Si bien los casos reales pueden ser más sutiles, creo que es importante comprender lo que realmente está sucediendo.

Porque lo que realmente esta pasando es increíble. Detectar supernovas tan lejos es algo que solo hemos podido hacer recientemente, y está abriendo un nuevo mundo, un nuevo Universo, de comprensión. Estamos mirando hacia el cosmos más lejos de lo que nunca lo hemos hecho, y siempre estamos avanzando más lejos. La humanidad siempre ha tenido curiosidad por saber cómo llegamos aquí y por qué las cosas son como son. Estas son algunas de las cuestiones filosóficas más fundamentales que tenemos.

Y nos estamos acercando a responderlas. ¡Ciencias! Amo estas cosas.

* Algunas personas dicen que esto significa que la supernova está a 10 mil millones de años luz de distancia. Esto entra rápidamente en rigidez semántica, pero realmente significa que la luz viajado durante 10 mil millones de años. El Universo se está expandiendo, por lo que la supernova estaba mucho más cerca de nosotros cuando estalló y, mientras tanto, se ha alejado más. Lo que consideramos "distancia" se vuelve complicado cuando se habla de escalas cosmológicas.


¿"La supernova más brillante de todos los tiempos" o una estrella triturada?

Por: Monica Young 13 de diciembre de 2016 1

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Un increíble resplandor de luz descubierto hace más de un año todavía desconcierta a los astrónomos en cuanto a su causa. La respuesta (supernova o estrella destrozada por un agujero negro) puede ser contraria a los titulares recientes.

Representación artística de una explosión de supernova.
NASA / CXC / M.Weiss / em & gt

Aclamada como la "supernova más luminosa", un objeto denominado ASASSN-15lh descubierto en 2015 parecía ser la muerte de un tipo extremo de estrella, explotando con el doble de brillo que cualquier otra supernova conocida.

Sin embargo, el escenario de supernovas superluminosas tenía sus inconvenientes, y un comunicado de prensa reciente con el título "'La supernova más brillante' no es una supernova, sino una estrella destrozada por un agujero negro giratorio", parece inclinar la mesa a favor de una explicación diferente.

Pero no sea que ese título definitivo lo lleve por mal camino, sepa que el debate está lejos de estar resuelto. “El comportamiento que vimos en ASASSN-15lh. . . fue algo sin precedentes para una supernova o un evento de interrupción de las mareas ”, dice Peter Brown (Texas A & ampM University), quien ha realizado un análisis independiente de los datos. Sin embargo, aunque la explosión extrema no se ajusta perfectamente a ninguna de las explicaciones, el nuevo estudio abre el campo de juego teórico.

¿Qué es ASASSN-15lh?

Una supernova extremadamente luminosa, designada ASASSN-15lh, estalló a una magnitud de 17 a fines de mayo de 2015. Ahora se ha desvanecido en gran medida.
Fuente del diagrama del telescopio Sky & amp: Stellarium

Subo Dong (Universidad de Pekín, China) descubrió el destello de luz de ASASSN-15lh el 14 de junio de 2015. En su punto máximo, su brillo se había disparado a una magnitud visual de 17. Puede que no suene brillante (está fuera del alcance del patio trasero promedio telescopio), pero dado que su luz tuvo que viajar 3.800 millones de años para llegar aquí, es equivalente a la luz de 572.000 millones de soles.

Inicialmente, el espectro del objeto mostraba una característica peculiar que los astrónomos no podían explicar. Pero lo habían visto antes en otras supernovas superluminosas, explosiones tan brillantes que desafiaban la física habitual de las estrellas en explosión.

Se han lanzado varias explicaciones para explicar estos objetos, incluidos magnetares (estrellas de neutrones con campos magnéticos extremadamente poderosos) o estrellas extremadamente masivas. Baste decir que las supernovas superluminosas no se comprenden bien, pero tienen cualidades típicas y este nuevo objeto parecía coincidir con ellas. Usando el escenario superluminoso, Dong y sus colegas predijeron que el objeto mostraría líneas de magnesio en su espectro, y las mediciones posteriores del telescopio SALT en Sudáfrica mostraron las líneas como se predijo.

Luego, ASASSN-15lh lanzó a los investigadores para otro ciclo: ya que estaba en el proceso de desaparecer en la oscuridad, de repente se volvió más brillante. Por razones aún desconocidas, las supernovas superluminosas a veces hacen esto, por lo que este resplandor todavía encaja en la narrativa de las supernovas.

Este gráfico muestra cómo la luz de ASASSN-15lh se desvaneció y volvió a iluminar con el tiempo. Los círculos y cuadrados verdes muestran la luz visible, mientras que los círculos cian, rojo y amarillo representan la luz ultravioleta. La luz visible alcanza su punto máximo en el día 0 y luego se desvanece con el tiempo. Sin embargo, la luz ultravioleta muestra dos picos. La radiación ultravioleta comienza a aumentar nuevamente alrededor de 90 días después de la luz máxima de la supernova y se estabiliza por un tiempo antes de desvanecerse nuevamente.
Godoy-Rivera y col. 2016

Mientras tanto, muchos habían considerado y descartado otra idea: un evento de interrupción de las mareas. Si una estrella pasa demasiado cerca de un agujero negro supermasivo, los inmensos campos gravitacionales harán pedazos la estrella. Los restos estelares se calientan a medida que entran en espiral hacia el agujero negro, brillando brevemente antes de ser consumidos.

ASASSN-15lh apareció muy cerca del centro de una gran galaxia. Entonces, ¿el agujero negro central de la galaxia había destrozado una estrella? Los investigadores lo consideraron poco probable: la galaxia elíptica era tan grande que su agujero negro supermasivo tenía probablemente al menos 100 millones de veces la masa del Sol: lo suficientemente grande como para tragar estrellas enteras sin emitir luz en absoluto.

Agujeros negros hambrientos

La impresión de este artista muestra una estrella similar al sol cerca de un agujero negro supermasivo que gira rápidamente, con una masa de aproximadamente 100 millones de veces la masa del Sol, en el centro de una galaxia.
ESO / ESA / Hubble / M. Kornmesser

Un nuevo estudio de Giorgos Leloudas (Instituto de Ciencias Weizmann, Israel y Universidad de Copenhague, Dinamarca) y colegas, que aparece en el 12 de diciembre Astronomía de la naturaleza, refina observaciones anteriores utilizando nuevos datos del Telescopio Espacial Hubble y vuelve a poner en juego el escenario del agujero negro.

Un resultado clave es una actualización de la ubicación de ASASSN-15lh. Si bien los datos del descubrimiento lo habían colocado cerca del centro de la galaxia, este estudio mejora la precisión en un factor de cuatro, colocando la fuente de luz a 1000 años luz del centro y posiblemente en el centro mismo.

La espectroscopía del Hubble también revela iones que solo existen en ambientes extremadamente calientes, como el nitrógeno cuádruple ionizado y el oxígeno quíntuple ionizado. Estos iones se asocian típicamente con agujeros negros supermasivos que devoran gas activamente, y se han visto antes en otros eventos de interrupción de las mareas.

El equipo también cree haber encontrado otro indicador del engullido de agujeros negros: una línea ancha de hidrógeno que indica que el gas gira a velocidades de aproximadamente 2.500 kilómetros por segundo (6 millones de mph, o el 1% de la velocidad de la luz). La falta de una línea tan amplia hasta ahora era parte de lo que inicialmente había empañado las perspectivas de una explicación del evento de interrupción de las mareas.

En conjunto, la velocidad y el calor del gas asociado con ASASSN-15lh, así como su ubicación cerca o en el centro de su galaxia, constituyen un argumento convincente para el escenario del agujero negro. A continuación se muestra una simulación de un evento de interrupción de las mareas:

Y lo que es más importante, el equipo argumenta que, si bien el agujero negro supermasivo de la galaxia tiene probablemente más de 100 millones de masas solares, probablemente también esté girando. Los agujeros negros giratorios tienen más dificultades para tragar estrellas enteras, por lo que este agujero negro podría destrozar fácilmente una estrella si gira lo suficientemente rápido. Estudios recientes de galaxias cercanas muestran que los agujeros negros supermasivos giratorios son la norma al menos en el vecindario de nuestra galaxia.

Puntos más finos

Sin embargo, los nuevos datos y argumentos están lejos de ser definitivos, argumenta Dong. E incluso el equipo de Leloudas y Brown están de acuerdo en que no se puede descartar el escenario de una supernova superluminosa.

Por ejemplo, la ubicación de ASASSN-15lh por sí sola no descarta una supernova magnetar; de hecho, una magnetar fue descubierta recientemente a tres años luz del centro de nuestra propia galaxia.

Y el hidrógeno que encontró el equipo de Leloudas, el que parece gas girando cerca del vórtice gravitacional de un agujero negro, podría no ser tan rápido después de todo. En otro artículo reciente, Raffaella Margutti (Universidad de Harvard) y sus colegas utilizaron el telescopio espacial Magellan Clay de 6,5 metros para medir un espectro de mayor resolución, que muestra que la línea aparentemente ancha podría ser una combinación de un par de líneas estrechas, que representan gas de movimiento más lento.

El equipo de Leloudas escribe: “Nuestras observaciones son más consistentes con un evento de interrupción de las mareas que con una supernova superluminosa. . . ”, Pero Brown y Dong no están de acuerdo con esa afirmación. Dong argumenta que el escenario de supernova gana según las observaciones disponibles.

Mientras tanto, Brown dice: "Si tuviera que elegir un lado, me inclinaría por la interpretación del agujero negro. Pero me gustaría ver más modelos teóricos que lo respalden. . . . Con suerte, este documento pondrá en marcha eso ".

Si hay algo en lo que todos están de acuerdo, es en que todavía no hay una respuesta definitiva. Ninguno de los dos escenarios se ha descartado por completo ni se ha demostrado que sea correcto. Y sea lo que sea ASASSN-15lh, ya sea una supernova o un agujero negro hambriento, no se parece a nada que hayamos visto antes.


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Astronomía: ASASSN-15lh: una supernova muy super luminosa. / Dong, Subo Shappee, B. J. Prieto, J. L. Jha, S. W. Stanek, K. Z. Holoien, T. W.S. Kochanek, CS Thompson, TA Morrell, N. Thompson, IB Basu, U. Beacom, JF Bersier, D. Brimacombe, J. Brown, JS Bufano, F. Chen, Ping Conseil, E. Danilet, AB Falco, E. Grupe , D. Kiyota, S. Masi, G. Nicholls, B. Olivares, FE Pignata, G. Pojmanski, G. Simonian, GV Szczygiel, DM Woźniak, PR

En: Science, vol. 351, núm. 6270, 15.01.2016, pág. 257-260.

Resultado de la investigación: Contribución a la revista ›Artículo› revisión por pares

T2 - ASASSN-15lh: una supernova muy super luminosa

N1 - Información de financiamiento: Agradecemos a B. Zhang, L. Ho, A. Gal-Yam y B. Katz por sus comentarios NSF AST-1515927, OSU CCAPP, Mt. Fundación Astronómica de Cuba, TAP, SAO, beca CAS XDB09000000 (SD) Beca Hubble de la NASA (BJS) Beca FONDECYT 1151445, proyecto MAS IC120009 (JLP) Premio NSF CAREER AST-0847157 (SWJ) Departamento de Energía de EE. UU. (DOE) DE-FG02- 97ER25308 (TW-SH) NSF PHY-1404311 (JFB) D. Victor por la donación de equipo (BN) Beca posdoctoral FONDECYT 3140326 (FOE), y Programa de Investigación y Desarrollo Dirigido por el Laboratorio Nacional de Los Alamos (PRW). B.J.S. es miembro del Hubble y Carnegie-Princeton. Todos los datos utilizados en este documento se hacen públicos, incluidos los datos fotométricos (tablas S1 a S6) y los datos espectroscópicos en el repositorio público WISeREP (26) (http://wiserep.weizmann.ac.il).

N2: informamos del descubrimiento de ASASSN-15lh (SN 2015L), que interpretamos como la supernova más luminosa encontrada hasta ahora. Con un corrimiento al rojo z = 0.2326, ASASSN-15lh alcanzó una magnitud absoluta de Mu, AB = -23.5 ± 0.1 y luminosidad bolométrica Lbol = (2.2 ± 0.2) × 1045 ergios s-1, que es más del doble de luminosa que cualquier otra conocida anteriormente. supernova. Tiene varios rasgos principales característicos de las supernovas superluminosas pobres en hidrógeno (SLSNe-I), cuyas fuentes de energía y progenitores se conocen poco en la actualidad. En contraste con la mayoría de SLSNe-I anteriormente conocida que reside en galaxias enanas formadoras de estrellas, ASASSN-15lh parece estar alojada en una galaxia luminosa (MK ∼ -25.5) con poca formación estelar. En los 4 meses transcurridos desde la primera detección, ASASSN-15lh irradió (1,1 ± 0,2) × 1052 ergios, desafiando el modelo magnetar por su motor.

AB - Informamos del descubrimiento de ASASSN-15lh (SN 2015L), que interpretamos como la supernova más luminosa encontrada hasta ahora. Con un corrimiento al rojo z = 0.2326, ASASSN-15lh alcanzó una magnitud absoluta de Mu, AB = -23.5 ± 0.1 y luminosidad bolométrica Lbol = (2.2 ± 0.2) × 1045 ergios s-1, que es más del doble de luminosa que cualquier otra conocida anteriormente. supernova. Tiene varios rasgos principales característicos de las supernovas superluminosas pobres en hidrógeno (SLSNe-I), cuyas fuentes de energía y progenitores se conocen poco en la actualidad. En contraste con la mayoría de SLSNe-I previamente conocida que reside en galaxias enanas formadoras de estrellas, ASASSN-15lh parece estar alojada en una galaxia luminosa (MK ∼ -25.5) con poca formación estelar. En los 4 meses transcurridos desde la primera detección, ASASSN-15lh irradió (1,1 ± 0,2) × 1052 ergios, desafiando el modelo magnetar por su motor.


Contenido

Los descubrimientos de muchas SLSNe en el siglo XXI mostraron que no solo eran más luminosas en un orden de magnitud que la mayoría de las supernovas, sino que también era poco probable que sus remanentes fueran alimentados por la desintegración radiactiva típica que es responsable de las energías observadas de las supernovas convencionales. [ verificación necesaria ]

Los eventos SLSNe utilizan un esquema de clasificación separado para distinguirlos de las supernovas convencionales tipo Ia, tipo Ib / Ic y tipo II, [7] distinguiendo aproximadamente entre la firma espectral de eventos ricos en hidrógeno y eventos pobres en hidrógeno. [ verificación necesaria ]

Los SLSNe ricos en hidrógeno se clasifican como Tipo SLSN-II, y la radiación observada pasa a través de la opacidad cambiante de una gruesa envoltura de hidrógeno en expansión. La mayoría de los eventos pobres en hidrógeno se clasifican como Tipo SLSN-I, con su radiación visible producida por una gran envoltura de material en expansión impulsada por un mecanismo desconocido. Un tercer grupo menos común de SLSNe también es pobre en hidrógeno y anormalmente luminoso, pero claramente impulsado por la radiactividad del 56 Ni. [8] [ verificación necesaria ]

Un número creciente de descubrimientos encuentra que algunos SLSNe no encajan claramente en estas tres clases, por lo que se han descrito más subclases o eventos únicos. Muchos o todos los SLSN-I muestran espectros sin hidrógeno o helio, pero tienen curvas de luz comparables a las de las supernovas de tipo Ic convencionales, y ahora se clasifican como SLSN-Ic. [9] PS1-10afx es un SLSN inusualmente rojo sin hidrógeno con un aumento extremadamente rápido a un pico de luminosidad casi récord y un declive inusualmente rápido. [10] PS1-11ap es similar a un SLSN de tipo Ic, pero tiene un aumento y una disminución inusualmente lentos. [9]

Se ha propuesto una amplia variedad de causas para explicar eventos que son de un orden de magnitud o más que las supernovas estándar. Los modelos collapsar y CSM (material circunestelar) son generalmente aceptados y se observan bien varios eventos. Otros modelos todavía se aceptan sólo de manera tentativa o siguen siendo completamente teóricos.

Modelo colapsar Editar

El modelo colapsar es un tipo de supernova superluminosa que produce un objeto colapsado gravitacionalmente o un agujero negro. La palabra "collapsar", abreviatura de "estrella colapsada", se usaba anteriormente para referirse al producto final del colapso gravitacional estelar, un agujero negro de masa estelar. La palabra ahora se usa a veces para referirse a un modelo específico para el colapso de una estrella que gira rápidamente. Cuando el colapso del núcleo ocurre 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 explosión es insuficiente para expulsar las capas externas de la estrella, y colapsará en un agujero negro sin producir un estallido de supernova visible.

Una estrella con una masa central ligeramente por debajo de este nivel, en el rango de 5 a 15 M - sufrirá una explosión de supernova, pero gran parte de la masa expulsada cae sobre el remanente del núcleo que aún colapsa en un agujero negro. Si una estrella de este tipo gira lentamente, producirá una supernova tenue, pero si la estrella gira lo suficientemente rápido, la caída 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 rayos X o ráfagas de rayos gamma.Los chorros pueden durar varios segundos o más y corresponden a ráfagas de rayos gamma de larga duración, pero no parecen explicar ráfagas de rayos gamma de corta duración.

Estrellas de 5 a 15 M los núcleos tienen una masa total aproximada de 25 a 90 M , asumiendo que la estrella no ha sufrido una pérdida de masa significativa. Una estrella así todavía tendrá una envoltura de hidrógeno y explotará como una supernova de Tipo II. Se han observado supernovas débiles de Tipo II, pero no hay candidatas definidas para un SLSN de Tipo II (excepto las de tipo IIn, que no se cree que sean supernovas en chorro). Solo las estrellas de la población III de metalicidad más baja alcanzarán esta etapa de su vida con poca pérdida de masa. Otras estrellas, incluidas la mayoría de las visibles para nosotros, habrán visto volar la mayoría de sus capas externas por su alta luminosidad y se habrán convertido en estrellas Wolf-Rayet. Algunas teorías proponen que estos producirán supernovas de Tipo Ib o de Tipo Ic, pero ninguno de estos eventos hasta ahora se ha observado en la naturaleza. Es probable que muchos SLSNe observados sean de Tipo Ic. Aquellos asociados con estallidos de rayos gamma son casi siempre de Tipo Ic, siendo muy buenos candidatos para tener chorros relativistas producidos por retroceso a un agujero negro. Sin embargo, no todos los SLSNe de Tipo Ic corresponden a estallidos de rayos gamma observados, pero los eventos solo serían visibles si uno de los chorros apuntara hacia nosotros.

En los últimos años, muchos datos de observación sobre estallidos de rayos gamma de larga duración han aumentado significativamente nuestra comprensión de estos eventos y han dejado en claro que el modelo colapsar produce explosiones que difieren solo en detalle de las supernovas más o menos ordinarias y tienen rangos de energía de aproximadamente lo normal. a alrededor de 100 veces más grande.

Un buen ejemplo de SLSN colapsar es SN 1998bw, [11] que se asoció con el estallido de rayos gamma GRB 980425. Se clasifica como una supernova de tipo Ic debido a sus propiedades espectrales distintivas en el espectro de radio, lo que indica la presencia de relativistas importar.

Modelo de material circunestelar Editar

Casi todos los SLSNe observados han tenido espectros similares a una supernova de tipo Ic o de tipo IIn. Se cree que las SLSNe de tipo Ic son producidas por chorros de retroceso a un agujero negro, pero las SLSNe de tipo IIn tienen curvas de luz significativamente diferentes y no están asociadas con explosiones de rayos gamma. Las supernovas de tipo IIn están todas incrustadas en una nebulosa densa probablemente expulsada de la propia estrella progenitora, y se cree que este material circunestelar (CSM) es la causa de la luminosidad adicional. [12] Cuando el material expulsado en una explosión de supernova normal inicial se encuentra con material nebular denso o polvo cerca de la estrella, la onda de choque convierte la energía cinética de manera eficiente en radiación visible. Este efecto mejora enormemente estas supernovas de duración prolongada y extremadamente luminosas, a pesar de que la energía explosiva inicial era la misma que la de las supernovas normales.

Aunque cualquier tipo de supernova podría producir potencialmente SLSNe Tipo IIn, las limitaciones teóricas sobre los tamaños y densidades del CSM circundante sugieren que casi siempre se producirá a partir de la propia estrella progenitora central inmediatamente antes del evento de supernova observado. Esas estrellas son candidatas probables de hipergigantes o LBV que parecen estar sufriendo una pérdida de masa sustancial, debido a la inestabilidad de Eddington, por ejemplo, SN2005gl. [13]

Supernova de inestabilidad de pares Editar

Otro tipo de SLSN sospechoso es una supernova de inestabilidad de pares, de la cual SN 2006gy [14] posiblemente sea el primer ejemplo observado. Este evento de supernova se observó en una galaxia a unos 238 millones de años luz (73 megaparsecs) de la Tierra.

La base teórica para el colapso de inestabilidad de pares se conoce desde hace muchas décadas [15] y se sugirió como una fuente dominante de elementos de mayor masa en el universo temprano a medida que explotaban las estrellas supermasivas de población III. En una supernova de inestabilidad de pares, el efecto de producción de pares provoca una caída repentina de presión en el núcleo de la estrella, lo que lleva a un colapso parcial rápido. La energía potencial gravitacional del colapso provoca una fusión descontrolada del núcleo que interrumpe por completo la estrella, sin dejar restos.

Los modelos muestran que este fenómeno solo ocurre en estrellas con una metalicidad extremadamente baja y masas entre 130 y 260 veces la del Sol, lo que las hace extremadamente improbables en el universo local. Aunque originalmente se esperaba que produjera explosiones SLSN cientos de veces más grandes que una supernova, los modelos actuales predicen que en realidad producen luminosidades que van desde aproximadamente las mismas que las de una supernova de colapso del núcleo normal hasta quizás 50 veces más brillantes, aunque permanecen brillantes durante mucho más tiempo. [dieciséis]

Liberación de energía Magnetar Editar

Los modelos de la creación y posterior rotación de una magnetar producen luminosidades mucho más altas que los eventos de supernovas regulares [17] [18] y coinciden con las propiedades observadas [19] [20] de al menos algunos SLSNe. En los casos en que la supernova de inestabilidad de pares puede no ser una buena opción para explicar un SLSN, [21] una explicación de magnetar es más plausible.

Otros modelos Editar

Todavía existen modelos de explosiones SLSN producidas a partir de sistemas binarios, estrellas enanas blancas o de neutrones en arreglos inusuales o en proceso de fusiones, y se propone que algunos de ellos tengan en cuenta algunos estallidos de rayos gamma observados.


El misterio detrás de una supernova superbrillante puede haber sido resuelto

La explosión probablemente ocurrió dentro de una densa capa de materia arrojada por una estrella compañera.

Ahora puede explicarse una de las explosiones estelares más luminosas jamás detectadas. Provino de la detonación de una estrella muerta dentro de la densa capa de materia expulsada de la estrella compañera de ese sol, sugiere un nuevo estudio.

Supernovas son explosiones que pueden ocurrir cuando las estrellas mueren, ya sea después de que las estrellas quemen todo su combustible o de recibir una afluencia repentina de nuevo combustible. Estos estallidos pueden eclipsar brevemente a todos los demás soles en las galaxias de estas estrellas, haciéndolas visibles desde la mitad del universo.

Recientemente, los científicos descubrieron una clase rara de estrella explosiva conocida como supernovas superluminosas. Estas explosiones son hasta 100 veces más brillantes que las supernovas normales, pero representan menos del 0,1% de todas las supernovas.

Aún se desconoce mucho sobre qué poderes de las supernovas superluminosas liberan mucha más energía de la que puede explicar cualquier mecanismo estándar para impulsar las supernovas. To learn more about what drives these extraordinary explosions, scientists focused on SN 2006gy, one of the first known superluminous supernovas. SN 2006gy occurred in a galaxy 240 million light-years away and was the brightest and most energetic supernova ever recorded when it was discovered, in 2006.

A little more than a year after SN 2006gy was spotted, researchers detected an unusual spectrum of light from the supernova. Now, scientists have deduced that this light came from an envelope of iron around the supernova, revealing clues as to what might have caused the explosion.

The researchers developed computer models of what kind of light would be generated by envelopes of iron with various masses, temperatures, clumping patterns and other properties. They found that the wavelengths and energies of light seen from SN 2006gy likely came from a huge amount of iron — "over a third of the sun's mass" — expanding at about 3,355 mph (5,400 km/h), study lead author Anders Jerkstrand, an astrophysicist at the Max Planck Institute for Astrophysics in Garching, Germany, told Space.com.

Initial analysis of SN 2006gy suggested that the supernova happened after a giant star ran out of fuel, with the star's core then collapsing under its own weight into an extraordinarily dense nugget in a fraction of a second and rebounding with a giant blast outward. However, such a "core-collapse" supernova likely would not have generated an iron envelope with the kind of mass and expansion rate that the new study calculated.

Instead, a scenario consistent with the new findings suggests that SN 2006gy was a so-called Type Ia supernova, which occurs when one star pours enough fuel onto a dead star known as a white dwarf to trigger an extraordinary nuclear explosion. (White dwarfs are the superdense, Earth-size cores of stars that exhausted all their fuel and shed their outer layers without catastrophic explosions.)

Specifically, the scenario called for a white dwarf in a close binary orbit with a hydrogen-rich companion star. "Such systems are in fact well known and common — the so-called cataclysmic variables, of which we know of several hundred," Jerkstrand said.

When such a companion star gets old, it swells, trapping the white dwarf in its expanding shell. The resulting friction "causes the white dwarf to spiral towards the center, and at the same time, the envelope material is ejected," Jerkstrand said.

Normally in such binary systems, the white dwarf may spend millions or billions of years spiraling toward the center of its companion before exploding as a Type Ia supernova, Jerkstrand said. However, with SN 2006gy, the researchers suspected that the white dwarf may have exploded "within only about a century since the initiation of the inspiral phase," he said.

This supernova then slammed into the dense shell of material ejected from the white dwarf's companion star, which was still relatively nearby. Striking this envelope would have been "like hitting a brick wall, and most of the motion energy of the supernova was transformed into light in this collision," explaining why SN 2006gy was so bright, Jerkstrand said.

A few other superluminous supernovas share similar properties with SN 2006gy. That similarity suggests that these supernovas also share the same underlying mechanics, the researchers said.

Future research can investigate how binary systems that might give rise to such superluminous supernovas may form. Researchers could also look into what exactly might trigger a Type Ia supernova from white dwarfs in such systems only a century or so after they spiral toward the centers of their companions.

"Did the supernova occur as the inspiraling white dwarf encountered another compact object

at the center of the companion, or did it accrete matter until it became too massive and exploded?" Jerkstrand said.

The scientists detailed their findings in the Jan. 24 issue of the journal Science.


World's first 3-D simulations of superluminous supernovae

The nebula phase of the magnetar-powered super-luminous supernova from our 3D simulation. At the moment, the supernova ejecta has expanded to a size similar to the solar system. Large scale mixing appears at the outer and inner region of ejecta. The resulting light curves and spectra are sensitive to the mixing that depends on stellar structure and the physical properties of magnetar. Credit: Ken Chen

For most of the 20th century, astronomers have scoured the skies for supernovae—the explosive deaths of massive stars—and their remnants in search of clues about the progenitor, the mechanisms that caused it to explode, and the heavy elements created in the process. In fact, these events create most of the cosmic elements that go on to form new stars, galaxies, and life.

Because no one can actually see a supernova up close, researchers rely on supercomputer simulations to give them insights into the physics that ignites and drives the event. Now for the first time ever, an international team of astrophysicists simulated the three-dimensional (3-D) physics of superluminous supernovae—which are about a hundred times more luminous than typical supernovae. They achieved this milestone using Lawrence Berkeley National Laboratory's (Berkeley Lab's) CASTRO code and supercomputers at the National Energy Research Scientific Computing Center (NERSC). A paper describing their work was published in Astrophysical Journal.

Astronomers have found that these superluminous events occur when a magnetar—the rapidly spinning corpse of a massive star whose magnetic field is trillions of times stronger than Earth's—is in the center of a young supernova. Radiation released by the magnetar is what amplifies the supernova's luminosity. But to understand how this happens, researchers need multidimensional simulations.

"To do 3-D simulations of magnetar-powered superluminous supernovae, you need a lot of supercomputing power and the right code, one that captures the relevant microphysics," said Ken Chen, lead author of the paper and an astrophysicist at the Academia Sinica Institute of Astronomy and Astrophysics (ASIAA), Taiwan.

The turbulent core of a magnetar bubble inside the superluminous supernovae. Color coding shows densities. The magnetar is located at the center of this image and two bipolar outflows are emitted from it. The physical size of the outflow is about 10,000 km. Credit: Ken Chen

He adds that the numerical simulation required to capture the fluid instabilities of these superluminous events in 3-D is very complex and requires a lot of computing power, which is why no one has done it before.

Fluid instabilities occur all around us. For instance, if you have a glass of water and put some dye on top, the surface tension of the water will become unstable and the heavier dye will sink to the bottom. Because two fluids are moving past each other, the physics of this instability cannot be captured in one dimension. You need a second or third dimension, perpendicular to height to see all of the instability. At the cosmic scale, fluid instabilities that lead to turbulence and mixing play a critical role in the formation of cosmic objects like galaxies, stars, and supernovae.

"You need to capture physics over a range of scales, from very large to really tiny, in extremely high-resolution to accurately model astrophysical objects like superluminous supernovae. This poses a technical challenge for astrophysicists. We were able to overcome this issue with a new numerical scheme and several million supercomputing hours at NERSC," said Chen.

For this work, the researchers modeled a supernova remnant approximately 15-billion kilometers wide with a dense 10-kilometer wide magnetar inside. In this system, the simulations show that hydrodynamic instabilities form on two scales in the remnant material. One instability is in the hot bubble energized by the magnetar and the other occurs when the young supernova's forward shock plows up against ambient gas.

Turbulent core of magnetar bubble inside the superluminous supernovae. Color coding shows the densities. The magnetar is located at the center of this image. Strong turbulence is caused by the radiation from the central magnetar. Credit: Ken Chen

"Both of these fluid instabilities cause more mixing than would normally occur in a typical supernova event, which has significant consequences for the light curves and spectra of superluminous supernovae. None of this would have been captured in a one-dimensional model," said Chen.

They also found that the magnetar can accelerate calcium and silicon elements that were ejected from the young supernova to velocities of 12,000 kilometers per second, which account for their broadened emission lines in spectral observations. And that even energy from weak magnetars can accelerate elements from the iron group, which are located deep in the supernova remnant, to 5,000 to 7,000 kilometers per second, which explains why iron is observed early in core-collapse supernovae events like SN 1987A. This has been a long-standing mystery in astrophysics.

"We were the first ones to accurately model a superluminous supernova system in 3-D because we were fortunate to have access to NERSC supercomputers," said Chen. "This facility is an extremely convenient place to do cutting-edge science."


Iron in the Fire

Now, a new understanding of old observations casts doubt on the massive-star scenario.

Jerkstrand and colleagues began by investigating a series of unidentified emission lines seen in a spectrum taken just over a year after the supernova went off. By trawling through atomic line lists, Jerkstrand’s team was surprised to find that the mystery lines coincided with those produced by neutral iron.

Anders Jerkstrand and colleagues traced previously unidentified emission lines in the spectrum of SN 2006gy to the presence of neutral iron. The red line shows the observed spectrum the black curve shows the theoretical iron spectrum.
MPA

The core-collapse of a massive star doesn’t usually leave much iron behind. But a Type Ia supernova does. This explosive event happens when a white dwarf, the remnant of a less massive star, eats too much and detonates. A Type Ia supernova can leave behind iron in quantities around half the Sun’s mass. (That’s a lot of iron!) Based on the iron emission lines in SN 2006gy’s spectrum, Jerkstrand and colleagues calculated that the event had produced at least a third the Sun’s mass in iron.

But Type Ia supernovae are not anywhere as bright as SN 2006gy was. A detonating white dwarf would have had to convert almost all of its energy into radiation to produce that much light. That can happen, Jerkstrand explains, if the explosion slams into a shell that’s much more massive than the exploding dwarf itself.

So, here’s what the team proposes:

As the white dwarf was siphoning mass off of its giant companion star, the two stars spiraled toward each other. They came so close, in fact, that they shared a common envelope, basically trading gas between them. But that envelope wasn’t stable. As the stars continued to spiral inward, the common envelope was ejected so­me 10 to 200 years before the stellar cores merged and exploded. This scenario explains the connection between the mass ejection and the supernova itself.


SN 2017egm: ‘Heavy Metal’ Superluminous Supernova Discovered in NGC 3191

At a distance of 420 million light-years, the recently-discovered SN 2017egm is the nearest Type I superluminous supernova to date, and the first near the center of a massive spiral galaxy. Its discovery challenges current ideas of how and where such extreme supernovae occur.

SDSS DR14 image of the massive spiral galaxy NGC 3191 the cross-hairs mark the position of SN 2017egm. Image credit: SDSS.

Supernovae are some of the most energetic events in the Universe.

When a massive star runs out of fuel, it can collapse onto itself and create a spectacular explosion that briefly outshines an entire galaxy, dispersing vital elements into space.

Superluminous supernovae are up to 100 times brighter than a typical supernova, but astronomers still don’t know exactly what kinds of stars give rise to their luminosity or what physical processes are involved.

SN 2017egm, also known as Gaia17biu, was discovered by ESA’s Gaia satellite on May 23, 2017, in the spiral galaxy NGC 3191.

The host galaxy lies 420 million light-years away from Earth, making SN 2017egm about three times closer than any other superluminous supernova previously seen.

SN 2017egm was initially classified as a luminous type II supernova.

The classification was later revised by Kavli Institute astronomer Dr. Subo Dong and co-authors, when the follow-up observations with the Nordic Optical Telescope revealed unusual features.

The researchers realized that NGC 3191 was very surprising, as virtually all known superluminous supernovae have been found in dwarf galaxies that are much smaller than spiral galaxies like the Milky Way.

Building on this discovery, a team led by Dr. Matt Nicholl from the Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics (CfA) found that the host galaxy has a high concentration of elements heavier than hydrogen and helium, which astronomers call ‘metals.’

This is the first clear evidence for a metal-rich birthplace for a superluminous supernova.

The dwarf galaxies that usually host superluminous supernovae are known to have a low metal content, which was thought to be an essential ingredient for making these explosions.

“Superluminous supernovae were already the rock stars of the supernova world. We now know that some of them like heavy metal, so to speak, and explode in galaxies like our own Milky Way,” Dr. Nicholl said.

“If one of these went off in our own Galaxy, it would be much brighter than any supernova in recorded human history and would be as bright as the full Moon,” added team member Professor Edo Berger, also of the CfA.

“However, they’re so rare that we probably have to wait several million years to see one.”

The team also found more clues about the nature of SN 2017egm.

“Our study supports the idea that a rapidly spinning, highly magnetized neutron star, called a magnetar, is likely the engine that drives the incredible amount of light generated by these supernovae,” the astronomers said.

“While the brightness of SN 2017egm and the properties of the magnetar that powers it overlap with those of other superluminous supernovae, the amount of mass ejected by SN 2017egm may be lower than the average event.”

“This difference may indicate that the massive star that led to SN 2017egm lost more mass than most superluminous supernova progenitors before exploding. The spin rate of the magnetar may also be slower than average.”

These results show that the amount of metals has at most only a small effect on the properties of a superluminous supernova and the engine driving it.

However, the metal-rich variety occurs at only about 10% of the rate of the metal-poor ones.

The team’s findings will be published in the Astrophysical Journal Letters. The article is also publicly available at arXiv.org.

Matt Nicholl et al. 2017. The superluminous supernova SN 2017egm in the nearby galaxy NGC 3191: a metal-rich environment can support a typical SLSN evolution. ApJL, accepted for publication arXiv: 1706.08517


Ver el vídeo: Whats A Supernova and Where Can I See One? (Octubre 2022).