Més a prop d’entendre l’origen de les explosions estel·lars més energètiques de l’Univers

L’IEEC, a través de l'Institut de Ciències del Cosmos (ICCUB), ha participat en aquesta recerca dirigida pel prof. Xiaofeng Wang de la Universitat de Tsinghua i publicada a Nature Astronomy.
 
L'estudi suggereix que durant el seu període final d'inestabilitat l'estrella va emetre quatre embolcalls de material circumestel·lar, que posteriorment van interactuar amb el material ejectat en l'explosió i van crear un patró de lluminositat molt intens i complex.
 
Al final de la seva vida, les estrelles massives solen patir un col·lapse del nucli i exploten en un esclat altament energètic anomenat supernova. Tanmateix, què ocorre amb les estrelles molt massives, amb més de 100 vegades la massa del Sol? Com evolucionen i exploten? Quina relació tenen amb les supernoves més brillants de l'univers, anomenades supernoves superlluminoses?

Un equip científic liderat pel professor Xiaofeng Wang de la Universitat de Tsinghua, en col·laboració amb equips de recerca nacionals i internacionals, inclòs l’Institut d'Estudis Espacials de Catalunya (IEEC) a través de l'Institut de Ciències del Cosmos de la Universitat de Barcelona, ha monitorat la supernova superlluminosa pròxima SN2017egm durant més d'un any. L'estudi revela una evolució de lluminositat extremadament complexa (vegeu la imatge).

Peu d’imatge: La imatge mostra una representació artística d'una supernova i el seu complex entorn, on es poden observar els quatre embolcalls de material circumestel·lar. Les línies groga i rosa representen la corba de llum de lluminositat integrada de la supernova superlluminosa observada i d'una supernova no superlluminosa, respectivament.
Crèdit: Dibuix de Jingchuan Yu al Planetari de Pequín.

En ajustar l'evolució de la lluminositat total de l'objecte amb diversos tipus de models de fonts d'energia, l'equip va descobrir que aquesta corba de llum «plena de sots» es va originar principalment per la interacció del material expulsat durant l'explosió de la supernova amb quatre embolcalls de material circumestel·lar. L'existència d'aquests embolcalls revela que l'estrella progenitora de la supernova va experimentar freqüents ejeccions de massa just abans del col·lapse final, amb una taxa mitjana d’1-10 masses solars a l'any.

Unes ejeccions de massa tan freqüents i massives són incoherents amb els models ordinaris de vent estel·lar i interacció binària, però és probable que estiguin impulsades per un mecanisme anomenat inestabilitat de parells pulsacionals (PPI).
Combinant aquests models, s'estima que el nucli inicial de l'estrella tenia unes 50 masses solars. Durant l'esclat final de la supernova, el material ejectat va interactuar amb els anteriors embolcalls circumestel·lars, cosa que va crear una de les explosions estel·lars més lluminoses observades en el nostre Univers i va deixar darrera un cadàver consistent en un forat negre d'unes 40 masses solars.

Això té importants implicacions per a la formació dels forats negres de desenes de masses solars, que han estat detectats recentment pels observatoris d'ones gravitacionals LIGO-Virgo. Aquest treball demostra que aquests forats negres massius poden produir-se a través dels mecanismes esmentats, i no només mitjançant la fusió de forats negres més lleugers.

Per desencadenar el mecanisme PPI, les estrelles necessiten tenir un nucli d'heli molt pesant, que acostuma a evolucionar a partir d'una estrella massiva amb baixa abundància de metalls segons la teoria de l'evolució estel·lar.

No obstant això, l'estrella progenitora d’SN2017egm es troba en un entorn ric en metalls, la qual cosa obre molts interrogants sobre el seu misteriós origen. «L’SN2017egm ens va entusiasmar perquè el seu hoste era una gran galàxia espiral, a diferència de les supernoves superlluminoses anteriors, que normalment explotaven en galàxies nanes», explica Nadia Blagorodnova, investigadora de l’IEEC a l’ICCUB, que va contribuir a l'estudi. «Això va desafiar totes les nostres suposicions prèvies sobre com es formen les supernoves superlluminoses», afegeix.

La recerca d'aquesta supernova és de gran importància per posar a prova la teoria actual de l'evolució i explosió estel·lar, i per comprendre l'origen de les supernoves superlluminoses i els forats negres massius de massa estel·lar.

Nota de premsa preparada en col·laboració amb l'Oficina de Comunicació de l'Institut de Ciències del Cosmos (ICCUB).

Imatge Principal

Peu d'imatge: Remanent d'SN 1572 (Supernova de Tycho, Nova de Tycho), una de les vuit supernoves visibles a ull nu en els registres històrics.

Enllaços

– IEEC
– ICCUB
– Tsinghua University
 
Més informació

Aquesta recerca es presenta en un article titulat «A superluminous supernova lightened by collisions with pulsational pair-instability shells», de Lin, W., Wang, X., Yan, L. et al., que va aparèixer a la revista Nature Astronomy l’1 de maig de 2023.

L’Institut d’Estudis Espacials de Catalunya (IEEC) promou i coordina la recerca i el desenvolupament tecnològic espacial a Catalunya en benefici de la societat. L’IEEC fomenta les col·laboracions tant a nivell local com mundial, i és un eficient agent de transferència de coneixement, innovació i tecnologia.  Com a resultat de més de 25 anys de recerca d’alta qualitat, duta a terme en col·laboració amb les principals organitzacions internacionals, l’IEEC es troba entre els millors centres d’investigació internacionals centrats en àrees com: l’astrofísica, la cosmologia, les ciències planetàries i l’observació de la Terra. La divisió d’enginyeria de l’IEEC desenvolupa instrumentació per a projectes terrestres i espacials, i té una àmplia experiència treballant amb organitzacions privades i públiques del sector aeroespacial així com altres sectors d’innovació.
   
L’IEEC és una fundació privada sense ànim de lucre regida per un Patronat compost per la Generalitat de Catalunya i unes altres quatre institucions amb una unitat científica cadascuna, que en conjunt constitueixen el nucli de l’activitat d’I+D de l’IEEC: la Universitat de Barcelona (UB) amb la unitat de recerca ICCUB – Institut de Ciències del Cosmos; la Universitat Autònoma de Barcelona (UAB) amb la unitat de recerca CERES – Centre d’Estudis i Recerca Espacials; la Universitat Politècnica de Catalunya · BarcelonaTech (UPC) amb la unitat de recerca CTE – Grup de Recerca en Ciències i Tecnologies de l’Espai; i el Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC) amb la unitat de recerca ICE – Institut de Ciències de l’Espai. L’IEEC és un centre CERCA (Centres de Recerca de Catalunya).

Contactes

Oficina de Comunicació de l'IEEC
Barcelona, Espanya
Correu electrònic: comunicacio@ieec.cat 

Autor Principal a l’IEEC
Barcelona, Espanya
Nadia Blagorodnova
Institut d’Estudis Espacials de Catalunya (IEEC)
Institut de Ciències del Cosmos (ICCUB)
Correu electrònic: nblago@icc.ub.edu