El análisis de dos explosiones cósmicas indica a los astrónomos que la pareja, junto con una explosión desconcertante de 2018, constituyen un nuevo tipo de evento, con similitudes con algunas supernovas y explosiones de rayos gamma, pero también con diferencias significativas.
Todo comenzó en junio de 2018 cuando los astrónomos vieron una explosión cósmica con características y comportamiento sorprendentes. El objeto, denominado AT2018cow ("La vaca"), atrajo la atención mundial de los científicos y se estudió ampliamente. Si bien compartía algunas características con las explosiones de supernovas, difería en aspectos importantes, en particular su brillo inicial inusual y la rapidez con que se iluminó y desapareció en solo unos días.
Mientras tanto, dos explosiones adicionales, una de 2016 y otra de 2018, también mostraron características inusuales y fueron observadas y analizadas. Las dos nuevas explosiones se llaman CSS161010 (abreviatura de CRTS CSS161010 J045834-081803), en una galaxia a unos 500 millones de años luz de la Tierra, y ZTF18abvkwla ("The Koala"), en una galaxia a unos 3.400 millones de años luz de distancia. Ambos fueron descubiertos por levantamientos automáticos del cielo (Catalina Real-time Transient Survey, All-Sky Automated Survey for Supernovae y Zwicky Transient Facility) utilizando telescopios de luz visible para explorar grandes áreas del cielo todas las noches.
Dos equipos de astrónomos siguieron esos descubrimientos observando los objetos con la matriz muy grande Karl G. Jansky (VLA) de la National Science Foundation. Ambos equipos también utilizaron el radiotelescopio Giant Metrewave en India y el equipo que estudiaba CSS161010 usó el Observatorio de rayos X Chandra de la NASA. Ambos objetos dieron sorpresas a los observadores.
Anna Ho, de Caltech, autora principal del estudio sobre ZTF18abvkwla, notó de inmediato que la emisión de radio del objeto era tan brillante como la de una explosión de rayos gamma. "Cuando reduje los datos, pensé que había cometido un error", dijo.
Deanne Coppejans, de la Universidad Northwestern, dirigió el estudio sobre CSS161010, que descubrió que el objeto había lanzado una cantidad "inesperada" de material en el espacio interestelar a más de la mitad de la velocidad de la luz. Su coautora del noroeste, Raffaella Margutti, dijo: "Nos llevó casi dos años entender lo que estábamos viendo solo porque era tan inusual".
En ambos casos, las observaciones de seguimiento indicaron que los objetos compartían características en común con AT2018cow. Los científicos concluyeron que estos eventos, llamados Fast Blue Optical Transients (FBOT), representan, junto con AT2018cow, un tipo de explosión estelar significativamente diferente de otros. Los científicos informaron sus hallazgos en artículos en Astrophysical Journal y Astrophysical Journal Letters .
Los FBOT probablemente comiencen, dijeron los astrónomos, de la misma manera que ciertas supernovas y explosiones de rayos gamma, cuando una estrella mucho más masiva que el Sol explota al final de su vida "normal" impulsada por fusión atómica. Las diferencias se muestran después de la explosión inicial.
En la supernova "ordinaria" de este tipo, llamada supernova de colapso del núcleo, la explosión envía una onda de material esférico al espacio interestelar. Si, además de esto, se forma brevemente un disco giratorio de material alrededor de la estrella de neutrones o el agujero negro que queda después de la explosión y propulsa chorros estrechos de material a casi la velocidad de la luz hacia afuera en direcciones opuestas, estos chorros pueden producir haces estrechos de rayos gamma rayos, causando una explosión de rayos gamma.
Los astrónomos denominan el "disco" rotativo, llamado disco de acreción, y los chorros que produce.
Los FBOT, concluyeron los astrónomos, también tienen dicho motor. En su caso, a diferencia de los estallidos de rayos gamma, está envuelto por material grueso. Ese material probablemente fue arrojado por la estrella justo antes de explotar, y puede haber sido sacado de él por un compañero binario.
Cuando el material grueso cerca de la estrella es golpeado por la onda expansiva, provoca la explosión de luz visible brillante poco después de la explosión que inicialmente hizo que estos objetos parecieran tan inusuales. Esa explosión brillante también es la razón por la cual los astrónomos llaman a estas explosiones "transitorios ópticos azules rápidos". Esta es una de las características que los distingue de las supernovas ordinarias.
A medida que la onda expansiva de la explosión choca con el material alrededor de la estrella a medida que viaja hacia afuera, produce emisión de radio. Esta emisión muy brillante fue la pista importante que demostró que la explosión fue impulsada por un motor.
La cubierta de material denso "significa que la estrella progenitora es diferente de las que provocan explosiones de rayos gamma", dijo Ho. Los astrónomos dijeron que en la Vaca y en CSS161010, el material denso incluía hidrógeno, algo nunca visto en las explosiones de rayos gamma.
Usando el Observatorio WM Keck, los astrónomos descubrieron que tanto CSS 161010 como ZTF18abvkwla, como la Vaca, se encuentran en pequeñas galaxias enanas. Los coppeyanos dijeron que las propiedades de las galaxias enanas "podrían permitir algunos senderos evolutivos muy raros de estrellas" que conducen a estas explosiones distintivas.
Aunque un elemento común de los FBOT es que los tres tienen un "motor central", los astrónomos advierten que el motor también podría ser el resultado de la trituración de estrellas por agujeros negros, aunque consideran que las explosiones de tipo supernova son el candidato más probable .
"Las observaciones de más FBOT y sus entornos responderán a esta pregunta", dijo Margutti.
Para hacer eso, los científicos dicen que necesitarán usar telescopios que cubran una amplia gama de longitudes de onda, como lo han hecho con los primeros tres objetos. "Si bien los FBOT han demostrado ser más raros y difíciles de encontrar de lo que algunos de nosotros esperábamos, en la banda de radio también son mucho más luminosos de lo que habíamos imaginado, permitiéndonos proporcionar datos bastante completos incluso sobre eventos que están muy lejos". dijo Daniel Perley, de la Universidad Liverpool John Moores.
El Observatorio Nacional de Radioastronomía es una instalación de la National Science Foundation, operada bajo un acuerdo cooperativo de Associated Universities, Inc. El estudio de CSS161010 fue parcialmente respaldado por la Fundación Heising-Simons, la NASA y la National Science Foundation.
Fuentes y enlaces a las investigaciones:
D. L. Coppejans, R. Margutti, G. Terreran, A. J. Nayana, E. R. Coughlin, T. Laskar, K. D. Alexander, M. Bietenholz, D. Caprioli, P. Chandra, M. R. Drout, D. Frederiks, C. Frohmaier, K. H Hurley, C. S. Kochanek, M. MacLeod, A. Meisner, P. E. Nugent, A. Ridnaia, D. J. Sand, D. Svinkin, C. Ward, S. Yang, A. Baldeschi, I. V. Chilingarian, Y. Dong, C. Esquivia, W. Fong, C. Guidorzi, P. Lundqvist, D. Milisavljevic, K. Paterson, D. E. Reichart, B. Shappee, M. C. Stroh, S. Valenti, B. A. Zauderer, B. Zhang. A Mildly Relativistic Outflow from the Energetic, Fast-rising Blue Optical Transient CSS161010 in a Dwarf Galaxy. The Astrophysical Journal Letters, 2020
Anna Y. Q. Ho, Daniel A. Perley, S. R. Kulkarni, Dillon Z. J. Dong, Kishalay De, Poonam Chandra, Igor Andreoni, Eric C. Bellm, Kevin B. Burdge, Michael Coughlin, Richard Dekany, Michael Feeney, Dmitry D. Frederiks, Christoffer Fremling, V. Zach Golkhou, Matthew J. Graham, David Hale, George Helou, Assaf Horesh, Mansi M. Kasliwal, Russ R. Laher, Frank J. Masci, A. A. Miller, Michael Porter, Anna Ridnaia, Ben Rusholme, David L. Shupe, Maayane T. Soumagnac, Dmitry S. Svinkin. The Koala: A Fast Blue Optical Transient with Luminous Radio Emission from a Starburst Dwarf Galaxy at z = 0.27. The Astrophysical Journal, 2020