explosiones estelares
Teniendo una gran cantidad de observaciones y de modelos de supernovas de tipo II,se realizó un
análisis estadístico sobre cuálesson las propiedadesfísicas que másinfluyen en la diversidad
observacional de este tipo de eventos.
Las supernovas (SNs) son explosiones estelares muy energéticas que marcan el final de la
evolución de algunas estrellas y se dividen en dos grandes grupos según la presencia o
ausencia de hidrógeno en sus espectros. Las supernovas de tipo I no muestran señales de
hidrógeno, al contrario que las de tipo II. Estas últimas son las explosiones estelares más
abundantes del Universo y provienen de estrellas evolucionadas en etapa de
supergigantes rojas, con masas inferiores a 25 veces la masa del Sol y superiores a 8 veces
la masa del Sol.
Se sabe que las supernovas de tipo II presentan una gran diversidad observacional, tanto
fotométrica como espectroscópica. Esto ha sido estudiado en los últimos años por varios
autores, incluso utilizando algunas de las observaciones del Carnegie Supernova Project I
(CSP-I). Esta diversidad observacional es producto de una gran variedad de propiedades
físicas que determinan la explosión.
Si bien este tipo de explosiones no han sido usadas tradicionalmente para la medida de
distancia cosmológicas -para las que se utilizan SNs de tipo Ia- existen varios métodos
propuestos que las utilizan como potenciales buenos estimadores de distancia. Por lo
anterior, conocer el tipo de estrella progenitora y, particularmente el rango de parámetros
-masas, radios y energías- que dan lugar a estas explosiones estelares, es muy importante
para varios campos de la astronomía. Sin embargo, no existen estudios completos que
hayan provisto de rangos confiables para dichos parámetros.
El objetivo de una reciente investigación, que derivó en tres publicaciones en la
prestigiosa revista científica Astronomy & Astrophysics, fue derivar características físicas
de las estrellas y de la explosión de supernovas de tipo II, comparando las observaciones
con modelos de explosión. Esto, basándose en curvas de luz (ópticas e infrarrojas)
obtenidas en el Observatorio Las Campanas con los telescopios Swope y du Pont durante
la primera fase del CSP-I. El estudio fue liderado por Laureano Martinez, estudiante de
doctorado del Instituto de Astrofísica de La Plata, Argentina, y en él participó Mark
Phillips, director emerito del Observatorio Las Campanas (LCO); Nidia Morrell, astrónoma
residente de LCO; y Carlos Contreras, astrónomo de soporte.
La muestra utilizada en la investigación está caracterizada por la gran cantidad y calidad
de los datos fotométricos y espectroscópicos, la gran cadencia de observación y la extensa
cobertura fotométrica sobre un amplio rango de longitudes de onda.
Se obtuvo una muestra de 74 supernovas de tipo II la que, según Martinez, representa la
muestra más grande de este tipo de supernovas, la que además es homogénea ya que los
objetos fueron observados por los mismos instrumentos y el mismo programa de
observación.
Para la investigación, se modelaron cada uno de los objetos con un código que simula
explosiones estelares y se derivaron parámetros físicos de sus progenitores (masas y
radios) y propiedades de la explosión (energía, cantidad y distribución del material
radioactivo generado en la explosión). Para la derivación de los parámetros se compararon
los modelos con las observaciones usando un método estadístico para determinar el
modelo que mejor representa las observaciones. En total se pudo derivar propiedades
físicas para 53 supernovas de tipo II, dentro de las cuales, 24 poseen resultados más
confiables, debido a la cobertura temporal de las observaciones y/o a la calidad de los
modelos que mejor las reproducen.
En la investigación se analizaron relaciones entre diferentes parámetros físicos y se
identificó a la energía de la explosión como el factor dominante que determina la forma de
la emisión de la SNs de tipo II.
“Con estos trabajos hemos podido adentrarnos al estudio estadístico de las propiedades
físicas de los progenitores y de la explosión de supernovas de tipo II. Hemos encontrado
que la mayoría de las supernovas analizadas son compatibles con explosiones de estrellas
con masas finales relativamente pequeñas (dentro del rango de masas estudiado).
Asumiendo la teoría de evolución estelar estándar, esto implica que la mayoría de las
supernovas de tipo II analizadas provienen de estrellas con masas iniciales pequeñas. Sin
embargo, esto no es compatible con la conocida distribución de masas iniciales de las
estrellas masivas (o función de masa inicial)”, indica Martinez.
El astrofísico agrega que las diferencias con las distribuciones observadas podrían ser
indicadores sobre cómo las estrellas pierden masa durante su evolución.
“Nosotros interpretamos este resultado como indicador de que algún ingrediente físico en
la evolución estelar estándar debe estar faltando. Postulamos que esto posiblemente se
deba a que las estrellas pierden mucho más masa durante su evolución que la que
predicen los modelos evolutivos actuales”, puntualiza Melina Bersten, investigadora del
Instituto de Astrofísica de La Plata, Argentina, co-autora de las publicaciones y directora
de doctorado de Martinez.
En este trabajo, indican los autores, se derivó el rango de parámetros físicos para la base
de datos de supernovas de tipo II más completa existente en la literatura.
Laureano Martinez comenta que para la construcción de los modelos se asumió que las
estrellas no rotan y evolucionan en sistemas aislados, omitiendo los efectos de la rotación
estelar y la posible interacción con una estrella compañera dentro de un sistema binario,
lo que podría causar grandes modificaciones en la evolución de las estrellas. Por esto, el
trabajo a futuro considera analizar más en profundidad el “problema” encontrado con las
masas inferidas a partir del modelado de las SNs.
“Actualmente, encontramos una discrepancia importante, que denominamos IMF
incompatibility (o incompatibilidad de la función inicial de masa). Esta incompatibilidad se
debe al gran número de objetos con masas bajas encontrados en nuestro análisis. Como
las masas derivadas son en realidad las masas de las estrellas al momento de explotar,
creemos que en realidad el problema está en la asociación de dicha masa con la masa de la
estrella antes de nacer. Para poder conectar ambas masas es necesario asumir modelos
que siguen la evolución completa de las estrellas desde su nacimiento hasta que explotan”,
manifiesta Bersten.
“Pretendemos estudiar el efecto en nuestros resultado de asumir valores diferentes a los
estándar de diferentes procesos físicos durante la evolución estelar como podría ser
cambiar las tasas de pérdida de masa, asumir evolución binaria en vez de evolución aislada
como fue hecho en estos trabajos, asumir modelos evolutivos con rotación, asumir
diferentes valores para el parámetro longitud de mezcla o overshooting. La idea es ir
testeando uno a uno esos procesos e ir viendo el efecto en los resultados obtenidos para
intentar identificar el parámetro dominante, si es que existe, responsable de la
incompatibilidad encontrada. También nos gustaría poder completar nuestro estudio con
la inclusión de un mayor número de objetos, ya sea usando muestras existentes en la
literatura o a partir de nuevas observaciones”, concluye.