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Las supernovas de "tipo Ia" implican la explosión de una enana blanca cercana a su masa de Chandrasekhar. Por esta razón, las explosiones de supernovas de tipo "Ia" tienen propiedades casi universales y son una excelente herramienta para estimar la distancia a la explosión, como una escalera de distancia cósmica. Las estrellas masivas que colapsan formarán un tipo diferente de supernova (tipo II) con propiedades más variables, pero con picos de luminosidad comparables.
Hasta la fecha, los eventos más luminosos se producen en las supernovas de colapso del núcleo en un entorno gaseoso, cuando el medio circunestelar cercano a la explosión transforma la energía cinética en radiación y aumenta así la luminosidad. El origen del material circunestelar suele ser el viento estelar procedente de las capas exteriores de la estrella masiva al ser expulsado antes de la explosión.
Una pregunta natural es ¿cómo serán las supernovas de tipo "Ia" en un entorno gaseoso denso? ¿Y cuál es el origen del medio circunestelar en este caso? ¿Serán también más luminosas que sus hermanas estándar? Para responder a esta pregunta, los investigadores de OzGrav Evgeni Grishin, Ryosuke Hirai e Ilya Mandel, junto con un equipo internacional de científicos, estudiaron las explosiones en discos de acreción densos alrededor de las regiones centrales de los núcleos galácticos activos. Construyeron un modelo analítico que permite obtener el pico de luminosidad y la curva de luz para diversas condiciones iniciales, como las propiedades del disco de acreción, la masa del agujero negro supermasivo y la ubicación y las propiedades internas de la explosión (por ejemplo, la energía inicial y la masa de los eyectos). El modelo también utilizó conjuntos de simulaciones hidrodinámicas de radiación de última generación.
La explosión genera una onda de choque dentro del medio circunestelar, que se propaga gradualmente hacia el exterior. Finalmente, la onda de choque llega a una envoltura lo suficientemente fina desde el punto de vista óptico como para que los fotones puedan "salir". La ubicación de esta capa de ruptura y la duración de la difusión de los fotones determinan las propiedades de la curva de luz.
Si la cantidad de medio circunestelar es mucho menor que la masa del eyecta, las curvas de luz se parecen mucho a las supernovas de tipo Ia. Por el contrario, una masa circunestelar muy masiva puede ahogar la explosión y ésta no se verá. El punto óptimo se encuentra en algún punto intermedio, en el que la masa del eyecta es aproximadamente comparable a la cantidad de material circunestelar. En este último caso, el pico de luminosidad es 100 veces mayor que el de las supernovas de tipo Ia estándar, lo que la convierte en uno de los eventos de supernova más brillantes hasta la fecha.
El artículo de investigación que describe este trabajo (Grishin et al., "Supernova explosions in active galactic nuclear discs") se publicó recientemente en Monthly Notices of the Royal Astronomical Society. Las explosiones luminosas pueden observarse en discos de acreción de tasa de acreción, o en galaxias con masas de agujeros negros supermasivos más pequeñas en las que la actividad de fondo de los núcleos galácticos activos no dificulta las observaciones con instrumentos avanzados.
Los procesos físicos subyacentes de difusión de fotones y ruptura de choques pueden explicarse creativamente con poesía:
De repente, el calor es intenso.
Hay que enfriar, pero el camino es opaco.
Todas las direcciones alrededor son muy densas,
¿Cuál deben tomar los fotones?
Tienen que salir, por el amor de Dios...
Al principio, están atascados, no importa el camino,
Se balancean de lado a lado, caminan al azar.
El líder al frente los lleva por el mal camino,
Qué atado está este rebaño radiante...
Pero esperen, ¿también miran el choque?
El horno ominoso está empezando a romperse,
Su violento agarre se vuelve frágil.
El camino está ahora claro, la dirección es "¡arriba!"
Estamos sentados en la cola del frente de choque.
Estamos aprovechando el choque, ¡vamos a prevalecer!
El frente de choque detrás de nosotros, pero todavía estamos fuera de lugar,
Nos impulsamos con una fuerza increíble.
Seguimos ascendiendo, aumentando el ritmo,
Cualquier partícula está ahora fuera de la vista,
En este vacío, estamos libres de adentro,
Y podemos viajar tan rápido
como la luz.
Fuentes, créditos y referencias:
“Supernova explosions in active galactic nuclear discs” by Evgeni Grishin, Alexey Bobrick, Ryosuke Hirai, Ilya Mandel and Hagai B Perets, 12 July 2021, Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.
Imágen: Credito: James Josephides, Universidad de tecnología de Swinburne