Los astrónomos capturan una extraña supernova «altamente retorcida»

Los astrónomos han capturado una extraña imagen de una supernova, un poderoso estallido estelar, cuya luz está tan distorsionada por la gravedad de otra galaxia que aparece como múltiples imágenes en el cielo. Este fenómeno, conocido como lente gravitacional, ocurre cuando la gravedad deforma un objeto denso e intensifica la luz del objeto detrás de él.

La supernova, denominada «SN Zwicky», fue observada inicialmente por la Instalación transitoria Zwicky (ZTF) del Instituto de Tecnología de California, con sede en el Observatorio Palomar, cerca de San Diego. Esta observación es parte del estudio de supernovas más grande que se está realizando actualmente.

Aquí se muestran las cuatro imágenes duplicadas de SN Zwicky, que fueron observadas con la resolución más alta posible por el Observatorio WM Keck. Las regiones circundantes se observan con una resolución más baja. Crédito: Joel Johansson

«Con el ZTF, tenemos una capacidad única para capturar y clasificar supernovas casi en tiempo real. Notamos que SN Zwicky era mucho más brillante de lo que debería haber sido dada su distancia de nosotros y rápidamente nos dimos cuenta de que estábamos experimentando un fenómeno muy raro llamado fuerte lentes gravitacionales”, dice Ariel Jobar, autor principal del estudio publicado hoy en astronomía natural y Director del Centro Oscar Klein de la Universidad de Estocolmo, Suecia. «Tales objetos de lentes pueden ayudarnos a investigar de manera única la cantidad y distribución de materia en los núcleos internos de las galaxias».

Lente de gravedad explicada

Como predijo Albert Einstein hace más de un siglo, la luz de un cuerpo cósmico que se encuentra con un objeto denso en su camino hacia nosotros puede sufrir lentes gravitacionales. El objeto denso actúa como una lente que puede doblar y enfocar la luz. Dependiendo de cuán densa sea la lente y la distancia entre la lente y nosotros, este efecto de torsión puede variar en fuerza. Con una lente potente, la luz del cuerpo cósmico se distorsiona tanto que se agranda y se divide en varias copias de la misma imagen.

Esta película narrada del Centro Oscar Klein utiliza ilustraciones en acuarela para explicar el descubrimiento de SN Zwicky.

Los astrónomos han estado observando la curvatura gravitacional de la luz desde 1919, solo unos años después de que Einstein desarrollara la teoría, pero la naturaleza transitoria de las supernovas hace que eventos como SN Zwicky, también conocido como SN 2022qmx, sean muy difíciles de detectar. De hecho, mientras que los científicos han detectado imágenes repetidas con lentes de objetos distantes llamados cuásares muchas veces antes, solo se han detectado un puñado de supernovas en imágenes repetidas. En Palomar se encontraron dos casos de este tipo: SN Zwicky y ciPTF16geu, Descubierto por Palomar Factory Transit Intermediate (iPTF)Predecesor de ZTF.

El descubrimiento y estudio de SN Zwicky

«SN Zwicky es el sistema de lentes gravitacionales más pequeño jamás descubierto con telescopios ópticos. iPTF16geu era un sistema más amplio pero tenía mayor aumento», dice Gubar.

Esta animación explica el fenómeno de la fuerte lente gravitatoria.

Goobar y su equipo internacional utilizaron una variedad de instalaciones astronómicas para seguir y estudiar SN Zwicky después de que ZTF lo descubriera. La Cámara Infrarroja Cercana 2 (NIRC2) en el Observatorio WM Keck en Maunakea, Hawai resolvió SN Zwicky, revelando que el reflejo de la supernova fue lo suficientemente fuerte como para crear múltiples imágenes del mismo objeto.

«Estaba observando esa noche y quedé completamente atónito cuando vi la imagen de SN Zwicky con lentes», dice Christopher Fremling, un astrónomo del Observatorio Óptico de Caltech que dirige el Estudio de transitorios brillantes de la supernova de ZTF. «Capturamos y categorizamos miles de transitorios con Bright Transient Survey, y esto nos brinda una capacidad única para encontrar fenómenos muy raros como SN Zwicky».

Supernovas, energía oscura y misterios cósmicos

SN Zwicky está clasificada como una supernova de Tipo Ia. Estas son estrellas moribundas que terminan sus vidas con un espectáculo de luces que es siempre el mismo en brillo de un evento al siguiente. Esta propiedad única fue fundamental para revelar la expansión acelerada del universo en 1998 causada por un fenómeno hasta ahora desconocido llamado energía oscura.

ZTF está instalado en el Telescopio Samuel Oschin de 48 pulgadas en el Observatorio Palomar. Crédito: Palomar/Caltech

«Las supernovas de tipo Ia con lentes fuertes nos permiten ver más en el pasado porque están ampliadas. Observar más de ellas nos dará una oportunidad sin precedentes para explorar la naturaleza de la energía oscura», dice Joel Johansson, becario postdoctoral en la Universidad de Estocolmo y coautor del estudio.

¿Cuáles son los ingredientes que faltan necesarios para modelar la historia de expansión del universo? ¿Qué materia oscura constituye la gran mayoría de la masa en las galaxias? A medida que descubramos más de los «SN Zwickys» con ZTF y el próximo Observatorio Vera Rubin, iremos tenemos otra herramienta para desentrañar los misterios del universo y encontrar respuestas.dice Jobar.

Encuesta transitoria brillante ZTF

Hasta el momento, el estudio transitorio brillante ZTF ha detectado 7811 supernovas confirmadas. El objetivo principal de la encuesta es catalogar y clasificar de manera confiable todos los estallidos extragalácticos que el instrumento puede detectar. Como el ZTF examina rápidamente grandes áreas del cielo, actualmente es el estudio más grande y completo de su tipo. Los astrónomos de todo el mundo utilizan Bright Transient Survey para averiguar qué tipos de explosiones cósmicas existen, qué tan comunes son y qué tan brillantes son.

Para más información sobre esta investigación:

Referencia: «Revelación de un grupo de lentes gravitacionales de galaxias usando la vela estándar de aumento de SN Zwicky» por Ariel Jobar, Joel Johansson, Steve Schulz, Niki Arendsi, Ana Sagos Caracedo, Suhail Dhawan, Edvard Mortsel, Christopher Fremling, Lin Yan, Daniel Perle, Jesper Sulerman, Remy Joseph, K-Ryan Hinds, William Meynardie, Igor Andreoni, Eric Bellm, Josh Bloom, Thomas E. Collett, Andrew Drake, Matthew Graham, Mansi Kasliwal, Shri R. Kulkarni, Cameron Lemon, Adam A. Miller, James Neil, Jacob Norden, Justin Berrell, Johann Richard, Red Riedel, Mikael Rigault, Ben Rusholme, Yashvi Sharma, Robert Stein, Gabriel Stewart, Alice Townsend, Joseph Fenko, J. Craig Wheeler y Avery Wold, 12 de junio de 2023, astronomía natural.
DOI: 10.1038/s41550-023-01981-3

El estudio fue financiado por la Fundación Knut y Alice Wallenberg, la Fundación Nacional Sueca de Ciencias Vetenskapsrådet, el Consejo Sueco de Investigación y el Consejo Europeo de Investigación. Las instalaciones utilizadas en este estudio ZTF incluyen el Telescopio Samuel Oschin en el Observatorio Palomar, el Telescopio Liverpool, el Telescopio Óptico Escandinavo, el Observatorio Keck y el Observatorio Keck. Un telescopio muy grande En Chile, W. telescopio espacial Hubble.

El ZTF de Caltech está financiado por la Fundación Nacional de Ciencias y una colaboración internacional de socios. El apoyo adicional proviene de la Fundación Heising-Simons y el Instituto de Tecnología de California. Los datos de ZTF son procesados ​​y archivados por IPAC, un centro de astronomía con sede en Caltech. NASA La búsqueda de NEO de ZTF está respaldada por el Programa de Observación de NEO.