Astrónomos Investigan en las Supernovas el Origen del Calcio en Nuestros Huesos

Supernovas ricas en calcio producen hasta la mitad de este elemento en el Universo

5 Agosto 2020

Observaciones realizadas en el telescopio SOAR, en Chile, revelaron que un tipo particular de explosión de supernova produce enormes cantidades del mismo calcio que se encuentra en nuestros huesos y dientes, lo que representa hasta la mitad del calcio que se encuentra en el Universo.

Utilizando varios telescopios del Observatorio AURA y NOIRLab, incluido el telescopio Southern Astrophysical Research (SOAR), un equipo de astrónomos obtuvo datos cruciales sobre el funcionamiento interno de un tipo especial de estrella en explosión -o supernova- que produce grandes cantidades de calcio.

Estas explosiones particulares de estrellas compactas que pierden grandes cantidades de masa al final de sus vidas, producen este elemento en sus últimos momentos, poco antes de destruirse, y el estallido posterior dispersa el calcio por las galaxias como la Vía Láctea.

La investigación utilizó los recursos de varios telescopios alrededor del mundo y en el espacio [1], entre ellos el telescopio de Southern Astrophysical Research (SOAR), una instalación de Cerro Tololo (CTIO), y un programa de Observatorio AURA y NOIRLab de NSF. 

En el equipo de investigadores destaca el astrónomo chileno Regis Cartier, quien explicó que “la mayoría de las estrellas masivas crean pequeñas cantidades de calcio durante sus vidas, pero eventos como esta supernova bautizada como SN 2019ehk, parecen ser responsables de producir grandes cantidades de calcio y en el proceso de explosión este elemento se dispersa a través del espacio interestelar, al interior de las galaxias”.

“En última instancia, este calcio se abre paso en la formación de sistemas planetarios, y en el caso de nuestra Tierra, termina integrándose en nuestros cuerpos", precisó Régis Cartier, astrónomo de NOIRLab y miembro del equipo de investigación. 

Raffaella Margutti, autora principal del estudio en la Universidad Northwestern, agrega que antes de esta supernova, los astrónomos sólo tenían información indirecta sobre estos eventos, llamados supernovas ricas en calcio. "Con esta evidencia directa, ahora podemos descartar con seguridad la producción de supernovas ricas en calcio por parte de la gran mayoría de estrellas masivas", comentó Margutti.

"Al observar lo que hizo esta estrella en su último mes antes de llegar a su final crítico y tumultuoso, nos asomamos a un lugar previamente inexplorado, abriendo nuevas vías de estudio", dijo Wynn Jacobson-Galan, de la Universidad Northwestern, quien dirigió el estudio. Los resultados se publican en la edición del 5 de agosto de The Astrophysical Journal, que incluyó aportes de una enorme colaboración de casi 70 coautores de más de 15 países.

Los datos de SOAR fueron críticos para el resultado. En particular, el espectro infrarrojo adquirido con SOAR -el segundo obtenido de una supernova rica en calcio-, abrió una nueva ventana sobre el tipo de elementos expulsados por la supernova, como helio, carbono, magnesio y calcio, todos ellos con una huella digital espectral clara en longitudes de onda infrarrojas. Comprender cuánto y qué tipo de elementos son expulsados por una supernova proporciona pistas críticas sobre la naturaleza de la explosión: qué tipo de estrella explotó y cómo lo hizo. También proporciona información sobre cómo las supernovas ricas en calcio producen tanto calcio. Si bien esa interesante pregunta sigue siendo un tema abierto, las observaciones de SOAR representan algunos de los primeros pasos hacia una respuesta.

"Debido a que estos eventos son tan raros y difíciles de detectar, porque su brillo es tenue, no tenemos muchos datos para fundamentar nuestras teorías sobre lo que ocurre cuando estas estrellas expulsan material en su agonía", dijo Cartier.

El evento explosivo ocurrió en Messier 100, una galaxia relativamente cercana y uno de los objetivos preferidos de observar por los astrónomos aficionados, siendo fácilmente visible a través de pequeños telescopios. De hecho, fue el astrónomo aficionado Joel Shepherd quien vio por primera vez la luz de la estrella en explosión mientras observaba el cielo nocturno el 28 de abril de 2019, en Seattle. 

Messier 100 es una hermosa galaxia espiral similar a nuestra Vía Láctea que se encuentra a unos 55 millones de años luz de distancia hacia la constelación de Coma Berenices (Cabellera de Berenice) en el cielo del Norte cerca de la constelación de la Osa Mayor.

Según Jacobson-Galan, una vez que se anunció el descubrimiento, los telescopios de todo el mundo y en el espacio, apuntaron a la estrella en explosión.

Al aumentar las observaciones ópticas e infrarrojas como las de SOAR, las observaciones de rayos X revelaron una avalancha de rayos X de alta energía provenientes de SN 2019ehk- la primera vez que se observaron en una supernova rica en calcio. Según los investigadores, nadie había pensado en mirar este tipo de explosión en la luz de rayos X tan pronto como ocurrió.

La combinación de observaciones de SOAR y otros telescopios llevó a la conclusión del equipo de que esta supernova rica en calcio era una estrella compacta que expulsaba una capa externa de gas al expirar. Cuando explotó, su material expulsado colisionó con el material circundante en su capa externa y las temperaturas extremadamente altas produjeron rayos X, y alimentaron las reacciones químicas que producen calcio.

El papel del telescopio SOAR en el estudio de este evento refleja su evolución hacia los preparativos para el estudio denominado Legacy of Space and Time (LSST), que se llevará a cabo en el Observatorio Vera C. Rubin, también ubicado en Cerro Pachón. Como explicó el director de SOAR, Jay Elias, “El telescopio SOAR es una plataforma flexible, diseñada para poder responder rápidamente a eventos astronómicos inesperados como este. En los últimos años, SOAR ha observado muchos de estos eventos transitorios descubiertos por investigaciones de gran campo con el fin de investigar la naturaleza de esos eventos. Estamos trabajando continuamente para aumentar la eficiencia y la agilidad del telescopio mientras nos preparamos para el inicio del LSST ".

"Este tipo de ciencia, que depende críticamente del tiempo, es un aspecto importante de hacia dónde se dirige la astronomía", dijo Edward Ajhar, de la Fundación Nacional de Ciencias de EE.UU. 

"El telescopio Vera C Rubin que será emplazado en Cerro Pachón, descubrirá miles de eventos transitorios como éste en una sola noche de observación. Por ello, es fundamental, desde ya, ir promoviendo el trabajo sinérgico con otras instalaciones astronómicas con capacidades de respuesta ágil. Los resultados de esta reciente investigación son el reflejo de una coordinación eficiente y respuestas rápidas a eventos transitorios de muy poca duración que pueden entregar datos críticos para entender nuestro Universo". señaló el Director del Observatorio AURA en Chile, Dr. Mario Hamuy.

Notas

[1] Las observaciones y los espectros posteriores a la explosión de este resultado también fueron recolectados por varias instalaciones en los observatorios NOIRLab, incluido el telescopio Bok de 2,3 metros en el Observatorio Nacional Kitt Peak y los telescopios del Observatorio Las Cumbres en CTIO; así como también el Observatorio Neil Gehrels Swift; el telescopio Swope de 1-metro telescope del Observatorio Las Campanas en Chile; el telescopio de 0,7 metros PlaneWave CDK-700 en el Observatorio Thacher in California; los telescopios del Observatorio Las Cumbres en Sudáfrica (Sutherland), Australia (Siding Spring, Faulkes Telescope South) y en los EEUU (telescopios McDonald y el Faulkes Telescope North), el sistema de telescopios gemelo ATLAS de 0,5 metros en Hawai‘i, el Observatorio Konkoly en Hungary, el ESO New Technology Telescope, el MMT Observatory, y el Karl G. Jansky Very Large Array en Nuevo México. También se utilizaron datos previos a la explosión del telescopio espacial Hubble, el telescopio espacial Spitzer y el observatorio de rayos X Chandra.

Más Información

Esta investigación fue presentada en un artículo científico que será publicado en la edición del 5 de agosto del The Astrophysical Journal. 

El equipo de investigadores estaba compuesto por  Wynn V. Jacobson-Galán (Northwestern University and University of California, Santa Cruz), Raffaella Margutti (Northwestern University), Charles D. Kilpatrick (University of California, Santa Cruz), Daichi Hiramatsu (University of California, Santa Barbara and Las Cumbres Observatory), Hagai Perets (Technion - Israel Institute of Technology), David Khatami (University of California, Berkeley), Ryan J. Foley (University of California, Santa Cruz), John Raymond (Center for Astrophysics | Harvard & Smithsonian), Sung-Chul Yoon (Seoul National University), Alexey Bobrick (Lund University), Yossef Zenati (Technion - Israel Institute of Technology), Lluís Galbany (Universidad de Granada), Jennifer Andrews (Steward Observatory), Peter J. Brown (Texas A&M University), Régis Cartier (Cerro Tololo Inter-American Observatory/NOIRLab), Deanne L. Coppejans (Northwestern University), Georgios Dimitriadis (University of California, Santa Cruz), Matthew Dobson (Queen’s University Belfast), Aprajita Hajela (Northwestern University), D. Andrew Howell (University of California, Santa Barbara and Las Cumbres Observatory), Hanindyo Kuncarayakti (University of Turku), Danny Milisavljevic (Purdue University), Mohammed Rahman (The Thacher School), César Rojas-Bravo (University of California, Santa Cruz), David J. Sand (Steward Observatory), Joel Shepherd (Seattle Astronomical Society), Stephen J. Smartt (Queen’s University Belfast), Holland Stacey (The Thacher School), Michael Stroh (Northwestern University), Jonathan J. Swift (The Thacher School), Giacomo Terreran (Northwestern University), Jozsef Vinko (CSFK Konkoly Observatory, University of Szeged, and ELTE Eötvös Loránd University), Xiaofeng Wang (Tsinghua University and Beijing Planetarium), Joseph P. Anderson (European Southern Observatory), Edward A. Baron (University of Oklahoma), Edo Berger (Center for Astrophysics | Harvard & Smithsonian), Peter K. Blanchard (Northwestern University), Jamison Burke (University of California, Santa Barbara and Las Cumbres Observatory), David A. Coulter (University of California, Santa Cruz), Lindsay DeMarchi (Northwestern University), James M. DerKacy (University of Oklahoma), Christoffer Fremling (California Institute of Technology), Sebastian Gomez (Center for Astrophysics | Harvard & Smithsonian), Mariusz Gromadzki (University of Warsaw), Griffin Hosseinzadeh (Center for Astrophysics | Harvard & Smithsonian), Daniel Kasen (University of California, Berkeley and Lawrence Berkeley National Laboratory), Levente Kriskovics (CSFK Konkoly Observatory and ELTE Eötvös Loránd University), Curtis McCully (University of California, Santa Barbara and Las Cumbres Observatory), Tomás E. Müller-Bravo (University of Southampton), Matt Nicholl (University of Birmingham and University of Edinburgh), András Ordasi (CSFK Konkoly Observatory), Craig Pellegrino (University of California, Santa Barbara and Las Cumbres Observatory), Anthony L. Piro (The Observatories of the Carnegie Institution for Science), András Pál (CSFK Konkoly Observatory, ELTE Eötvös Loránd University), Juanjuan Ren (National Astronomical Observatory of China), Armin Rest (Space Telescope Science Institute and The Johns Hopkins University), R. Michael Rich (University of California at Los Angeles), Hanna Sai (Tsinghua University), Krisztián Sárneczky (CSFK Konkoly Observatory), Ken J. Shen (University of California, Berkeley), Philip Short (University of Edinburgh), Matthew Siebert (University of California, Santa Cruz), Candice Stauffer (Northwestern University), Róbert Szakáts (CSFK Konkoly Observatory), Xinhan Zhang (Tsinghua University), Jujia Zhang (Yunnan Astronomical Observatory of China), and Kaicheng Zhang (Tsinghua University).

NOIRLab de NSF (Laboratorio Nacional de Investigación en Astronomía Óptica-Infrarroja de NSF), el centro de EE. UU. para la astronomía óptica-infrarroja en tierra, opera el Observatorio internacional Gemini (una instalación de NSF, NRC–Canada, ANID–Chile, MCTIC–Brasil, MINCyT–Argentina y KASI – República de Corea), el Observatorio Nacional Kitt Peak (KPNO), el Observatorio Interamericano Cerro Tololo (CTIO), el Centro de Datos para la Comunidad Científica (CSDC) y el Observatorio Vera C. Rubin (en cooperación con SLAC National Accelerator Laboratory del DOE). Está administrado por la Asociación de Universidades para la Investigación en Astronomía (AURA) en virtud de un acuerdo de cooperación con NSF y tiene su sede en Tucson, Arizona. La comunidad astronómica tiene el honor de tener la oportunidad de realizar investigaciones astronómicas en Iolkam Du’ag (Kitt Peak) en Arizona, en Maunakea, en Hawai, y en Cerro Tololo y Cerro Pachón en Chile. Reconocemos y apreciamos el importante rol cultural y la veneración que estos sitios tienen para la Nación Tohono O’odham, para la comunidad nativa de Hawai y para las comunidades locales en Chile, respectivamente.

El Southern Astrophysical Research (SOAR) es un proyecto conjunto del Ministério da Ciência, Tecnologia e Inovações do Brasil (MCTIC/LNA), de NOIRLab de NSF, la Universidad de Carolina del Norte en Chapel Hill (UNC) y la Universidad Estatal de Michigan (MSU).

La red global de telescopios del Observatorio Las Cumbres es un instituto científico sin fines de lucro con la misión de avanzar en la ciencia y la educación. Tiene cinco telescopios que van de 0,4 a 1,0 metros, instalados en CTIO.

El telescopio Bok de 2,3 metros en el Observatorio Nacional Kitt Peak, es operado por el Observatorio Steward de la Universidad de Arizona.

Contactos

Wynn Jacobson-Galan
Northwestern University
Cel: +1 310-966-7779
Correo electrónico: wynnjacobson-galan2024@u.northwestern.edu

Raffaella Margutti
Northwestern University
Cel: +1 857-919-6209
Correo electrónico: raffaella.margutti@northwestern.edu

Régis Cartier
Astronomer at CTIO/NSF’s NOIRLab
Cel: +56 982 873 645
Correo electrónico: rcartier@ctio.noao.edu

Peter Michaud
NewsTeam Manager
NSF’s NOIRLab, Gemini Observatory, Hilo HI
Cel: +1 808-936-6643
Correo electrónico: pmichaud@gemini.edu

Amanda Kocz
Press and Internal Communications Officer
NSF’s NOIRLab
Cel: +1 520 318 8591
Correo electrónico: akocz@aura-astronomy.org

Esta es una traducción del Comunicado de Prensa de NOIRLab noirlab2019.