Las supernovas de Tipo II pueden unirse a sus primas de Tipo Ia como indicadores de la expansión cósmica.
Los astrónomos han confiado desde hace tiempo en unas explosiones estelares conocidas como supernovas de Tipo Ia para medir la escala del cosmos. Una segunda clase de supernovas, puede ahora tener el mismo uso, proporcionando una comprobación independiente de las medidas que se usaron por primera vez hace una década para descubrir que el universo está en expansión acelerada.
Un creciente número de investigadores está trabajando en la idea de que algunas supernovas de Tipo II – que se generan por el colapso gravitatorio de estrellas gigantes con núcleos de hierro — pueden desempeñar un papel similar como indicador de distancia cósmica. El método podría usarse con la próxima generación de estudios del cielo – incluyendo el Dark Energy Survey que se prevé que empiece en Cerro Tololo, Chile, a finales de 2011, y el Large Synoptic Survey Telescope, aún en fase de desarrollo, en Cerro Pachón, también en Chile. Ambos se espera que encuentren decenas de miles de supernovas cada año.
“Estamos en una fase en la que sería estúpido ignorar métodos alternativos al Tipo Ia”, dice Dovi Poznanski, astrofísico en la Universidad de California en Berkeley, quien re-analizó los resultados que dicen que muestran la promesa de una nueva vara de medida cósmica. Sus hallazgos más recientes se publicaron el 1 de octubre en la revista Astrophysical Journal1.
Candelas estándar
La característica clave de las supernovas de Tipo Ia – que son el resultado de la explosión de enanas blancas que absorben material de estrellas compañeras – es que sólo se producen cuando la enana blanca alcanza una masa crítica, el Límite de Chandrasekhar (1,4 veces la masa del Sol). Esto indica que tal supernova tiene un brillo intrínseco notablemente consistente, y los astrónomos que observan las explosiones pueden calcular a partir de este brillo aparente cómo de lejos están las supernovas respecto a la Tierra. Al proporcionar una medida de la distancia a la Tierra desde remotas galaxias, tales ‘candelas estándar’ de Tipo Ia marcaron el descubrimiento de la misteriosa energía oscura repulsiva, que hace que el universo se expanda aceleradamente.
Las estimaciones de distancias galácticas usando las supernovas de Tipo Ia tienen un margen de error de menos de un 7%. Pero tales medidas se cree que sufren errores sistemáticos, tales como la posibilidad de que el tipo de galaxia que aloja la supernova cree diferencias en su brillo, un factor que podría variar con la distancia a la Tierra, sesgando de esta forma los resultados.
“Siempre es bueno tener más de una forma de medir un importante efecto físico como la expansión cósmica”, dice Robert Kirshner del Centro Harvard-Smithsoniano para Astrofísica, que co-descubrió la expansión acelerada del universo en 1998, usando medidas de candela estándar de Tipo Ia2.
Calcular el brillo intrínseco de una segunda clase de supernova, Tipo II-P, conocida así debido a que su brillo permanece aproximadamente constante en una meseta (en inglés – plateau P) durante aproximadamente 90 días antes de decaer, es considerablemente más complejo. Pero es factible, gracias a una técnica ideada en 2002 por el astrónomo Mario Hamuy, ahora en la Universidad de Chile en Santiago, y Philip Pinto, de la Universidad de Arizona en Tucson3. El método se desarrolló posteriormente por Poznanski y sus colegas4.
“Es improbable que esta técnica sea capaz de competir con la Ia, pero puede contribuir a dar una información cósmica complementaria. Ahí es donde muestra su valor”, dice Adam Burrows, astrofísico de la Universidad de Princeton en Nueva Jersey que ha trabajado con ambos tipos de supernovas.
Para el método del Tipo II-P, los astrónomos toman el espectro de la supernova unos 50 días después de su explosión, y usan el desplazamiento relativo a un estándar de línea espectral, provocado por la absorción de la luz por parte del hierro, para determinar la velocidad a la que la estrella expulsa parte de su material. Esta velocidad y la escala temporal de 50 días se usa para calcular el tamaño de la explosión. Tomando esto junto con las medidas de temperatura, se revela el brillo intrínseco de la explosión. Finalmente, una comparación con el brillo aparente visto desde la Tierra muestra lo lejos que debe estar.
En 2009, Poznanski demostró que una muestra de 17 supernovas de Tipo II podían usarse para predecir las distancias a la Tierra de sus galaxias madre con un error de menos del 10%4 — no mucho más que el error de la estimación usando explosiones de Tipo Ia.
Reduciendo los errores
Pero los astrónomos aún están lejos de ser capaces de comprobar la expansión cósmica usando medidas del Tipo II. Todas las supernovas en la muestra de Poznanski estaban cerca de la Tierra, y cuando el astrofísico Christopher D’Andrea de la Universidad de Pennsylvania en Philadelphia y sus colegas tratando de aplicar el método de supernovas más allá – aproximadamente a 1700 millones de años luz, o 530 megapársecs de la Tierra — sus resultados dieron un error de aproximadamente el 15%5. Pero D’Andrea y sus colegas usaron espectros de supernovas recopilados por el Sloan Digital Sky Survey en el Observatorio Apache Point en Nuevo México, que principalmente busca supernovas de Tipo Ia, y algunos de los espectros fueron tomados sólo dos semanas después de la explosión de la supernova. Esto no proporciona una estimación tan precisa de la velocidad de la explosión y, por tanto, del brillo y distancia.
Poznanski revisitó los resultados de D’Andrea’s en su artículo de octubre, y demostró que los investigadores habían seleccionado una muestra sesgada de supernovas, favoreciendo intrínsecamente los objetos más brillantes. Recalibrando las líneas espectrales para calcular la velocidad de estas explosiones de supernovas, redujo el error hasta un 11%1. Dice que la técnica de Tipo II aún funciona. D’Andrea está de acuerdo con el diagnóstico de Poznanski y dice que es muy optimista respecto a la técnica. “La lección que aprendí es que tienes que saber qué estás haciendo antes de empezar el estudio”, dice.
Poznanski está trabajando ahora con unas 60 supernovas de Tipo II, observadas por el estudio Palomar Transient Factory en el Observatorio Palomar en California, para lograr que el método funcione a distancias mayores y permita a los astrónomos estudiar más lejos en la historia del universo. “[Los resultados de D'Andrea's] me demostraron la necesidad de una mejor muestra y es lo que estoy tratando de hacer”, comenta.
Referencias:
1. Poznanski, D. et al. Astrophys. J. 721, 956-959 (2010).
2. Reiss, A. G. et al. Astrophys. J. 116, 1009-1038 (1998).
3. Hamuy, M. , & Pinto, P. A. Astrophys. J. 566, L63-L65 (2002).
4. Poznanski, D. et al. Astrophys. J. 694, 1067-1079 (2009).
5. D’Andrea, C. B. et al. Astrophys. J. 708, 661-674 (2010)
Autor: Eugenie Samuel Reich
Fecha Original: 22 de octubre de 2010
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