Descubren un nuevo fenómeno rápido ultraluminoso en el universo lejano

Podría tener su origen en una estrella destrozada por un agujero negro, una supernova asociada a un magnetar o una supernova pulsante chocando con su materia circunestelar

Un equipo internacional con participación de investigadores del Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC) y el Instituto de Astrofísica de Canarias (IAC) ha captado el primer ejemplo de un acontecimiento astronómico extremadamente brillante y de muy rápida evolución en el universo lejano. Se trata de un fenómeno transitorio tan brillante como una explosión estelar o supernova superluminosa, pero con una evolución mucho más rápida.

El hallazgo, que aparece detallado en la revista Astrophysical Journal Letters, se enmarca en el proyecto internacional Musses (MUltiband Subaru Survey for Early-phase Supernovae), liderado por Jian Jiang, investigador del National Astronomical Observatory of Japan (NAOJ). Esta iniciativa tiene por objetivo esclarecer la naturaleza de varios de estos fenómenos transitorios, denominados Ultraluminous Blue Transients (FBUT) o fenómenos ultraluminosos rápidos en el azul. Se trata de rápidos pulsos con una gran energía en el espectro azul o ultravioleta y con un espectacular brillo visible, que va decreciendo.

En concreto, esta investigación está centrada en MUSSES2020J, un fenómeno transitorio de evolución rápida descubierto el 11 de diciembre de 2020 cerca del centro de una galaxia normal de masa baja, a una distancia de 23,6 miles de millones de años luz. Durante su observación, los científicos observaron que el brillo crecía apreciablemente.

“Más sorprendentemente, la rápida evolución de la curva de luz y el muy alto corrimiento al rojo del fenómeno, confirmado por observaciones subsiguientes, indicaban que el brillo de MUSSES2020J era más de 50 veces mayor que cuando fue descubierto, al tiempo que la fase de subida era mucho más corta que la de una supernova normal”, explica la investigadora del CSIC Pilar Ruiz-Lapuente, que trabaja en el Instituto de Física Fundamental (IFF-CSIC).

»Este fenómeno se parece mucho a otro fenómeno transitorio, AT 2018cow, también descubierto recientemente, otro FBUT», añade David Jones, del IAC. »Solo se han descubierto un puñado de estos hasta ahora y todavía no habíamos observado ninguno justo después de su aparición, debido a su evolución tan extremadamente rápida”, destaca.

Los datos obtenidos suscitan discusiones acerca del origen de este y algunos otros fenómenos parecidos. Los resultados de este trabajo indican que se trata de un objeto compacto activo: un agujero negro o una estrella de neutrones.

“Hay varias posibilidades: que se trate de una estrella destrozada por efecto de la marea de un agujero negro de gran masa, o bien una supernova que ocurre asociada a una estrella de neutrones con un campo magnético muy fuerte o magnetar. También podría tratarse de una supernova de tipo pulsante debido a la inestabilidad producida por la creación de pares electrón-positrón o PPISN”, subraya Ruiz-Lapuente.

Las PPISN son explosiones de estrellas muy masivas que colapsan y forman un agujero negro al mismo tiempo que eyectan las capas externas en forma de chorro. Este modelo podría explicar el fenómeno transitorio AT 2018cow. Es posible que un modelo PPISN parecido, con una cantidad de materia circunestelar distinta, pueda explicar también la curva de luz de MUSSES2020J. “Casi no cabe duda de que hay un objeto compacto activo implicado y de que esa es la razón por la cual estos fenómenos transitorios son tan distintos de las supernovas normales», señala la investigadora del CSIC.Curva de luz esquemática de MUSSES2020J y de otros eventos transitorios muy energéticos (los puntos verdes y naranjas denotan las épocas en que MUSSES2020J fue observada con el telescopio 8,2 m Subaru y otros telescopios de esta colaboración, respectivamente). En la esquina inferior derecha se muestra una imagen tomada de la galaxia huésped. La cruz azul indica la localización de MUSSES2020J. / Kavli IPMU.

Curva de luz esquemática de MUSSES2020J y de otros eventos transitorios muy energéticos (los puntos verdes y naranjas denotan las épocas en que MUSSES2020J fue observada con el telescopio 8,2 m Subaru y otros telescopios de esta colaboración, respectivamente). En la esquina inferior derecha se muestra una imagen tomada de la galaxia huésped. La cruz azul indica la localización de MUSSES2020J. / Kavli IPMU.

Entender el origen de estos fenómenos

»El universo está lleno de fenómenos astronómicos transitorios muy energéticos y que tienen lugar durante periodos muy cortos de tiempo. A fin de poder entender su origen, durante las últimas décadas se han llevado a cabo diversas inspecciones en el terreno temporal. A medida que se han ido descubriendo más y más fenómenos transitorios han aparecido nuevos tipos que eran desconocidos», apunta Jiang.

»Nuestro objetivo es captar diversos fenómenos transitorios de evolución rápida, dentro del mismo día en que acaecen, usando la instalación más potente del mundo para tales inspecciones: la Hyper Suprime-Cam (HSC), montada el telescopio Subaru, de 8,2 metros», añade este investigador. “Observaciones consecutivas con Subaru/HSC en diciembre de 2020 dieron lugar al descubrimiento de 20 fenómenos transitorios de evolución rápida. Uno de ellos, MUSSES2020J, llamó la atención», recalca.

El equipo internacional seguirá buscando la respuesta al origen de este nuevo tipo confirmado de fenómeno transitorio. Para ello, va a llevar a cabo observaciones con telescopios repartidos por todo el mundo, incluidos los del observatorio Roque de los Muchachos, en La Palma.

La colaboración entre Ruiz-Lapuente, Jiang y Jones ya había dado lugar a una publicación en Nature sobre MUSSES1604D, centrada en el flash de luz de una supernova de tipo Ia (SNIa) poco después de su explosión, y que daba idea de la naturaleza del sistema binario que la originaba.

Imagen portada: Composición artística con las tres posibles explicaciones al fenómeno descubierto. La de arriba muestra una estrella destrozada por fuerzas de marea al acercarse a un agujero negro masivo. El material de desecho crea una cola (roja) que sigue la órbita estelar. El material acretado por el agujero negro (en blanco) da lugar a un fenómeno transitorio cuyo brillo crece muy rápidamente. A la izquierda abajo, un magnetar emite dos chorros con energía para hacer brillante al material expulsado en forma de supernova. A la derecha, una supernova pulsante de inestabilidad de pares (PPISN en inglés) forma materia circunestelar (púrpura) antes de la explosión y el material eyectado (en verde) colisiona con el material circunestelar. Esta colisión proporciona un rápido aumento del brillo de la supernova. / Kavli IPMU

Fuente: CSIC

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