Investigadores del proyecto ESTALLIDOS del CIEMAT, junto con otros colaboradores, han llegado a la conclusión de que las supernovas con más metales son más tenues que aquellas con una baja proporción metálica las cuales presentan una mayor luminosidad.

Foto de Portada crédito CIEMAT: Partículas Elementales Y Astropartículas

ESTALLIDOS es un proyecto en el que participan el CIEMAT, el Instituto de Astrofísica de Andalucía (coordinador), el Instituto de Astrofísica de Canarias y la Universidad Autónoma de Madrid. Este proyecto estudia en detalle galaxias con brotes (estallidos) de formación estelar reciente, lo que implica estrellas masivas capaces de ionizar el medio interestelar. Este fenómeno de fotoionización produce líneas de emisión en los espectros y de su análisis se puede deducir la abundancia en metales de dichas galaxias.

Las supernovas de tipo Ia son herramientas increíblemente útiles para determinar distancias hasta muy lejos en el Universo. Puesto que se producen cuando la masa acretada por una enana blanca (en un sistema binario) alcanza un valor establecido, se da por hecho que la luminosidad máxima ha de ser muy uniforme entre todas las supernovas de tipo Ia. Esta uniformidad es la que permite trasformar el brillo aparente en distancias a sus galaxias anfitrionas.

Pero, ¿qué ocurriría si esa luminosidad máxima está afectada por un factor que no se ha tenido en cuenta? Los teóricos han propuesto que la luminosidad de las supernovas de tipo Ia podría depender de la metalicidad del sistema que explota, de modo que si la metalicidad es alta, la luminosidad sería menor. Si esto es así, entonces podríamos estar midiendo mal sistemáticamente las distancias cosmológicas que se obtienen usando estas supernovas.

El grupo liderado por la Dra. Mercedes Mollá, con Manuel Emilio Moreno-Raya, ambos del CIEMAT, así como con otros investigadores, Dr. Ángel R. López Sánchez (AAO, Australia), Dr. Lluís Galbany (Universidad de Chile, Chile), Dr. José Manuel Vílchez (IAA, Granada), Dr. Aurelio   Carnero (Observatório Nacional, & LIneA Laboratório Interinstitucional de e-Astronomia, Brasil), y Dra. Inmaculada Domínguez (Universidad de Granada), ha analizado este tema como parte de la tesis doctoral de Manuel Emilio Moreno-Raya, dentro del marco del proyecto ESTALLIDOS 5.0 (financiado por el Ministerio de Economía y Competitividad, AYA2013-4772-C4-4-P), del que la Dra. Mollá es investigadora principal.

Para ello, han observado 28 supernovas de tipo Ia localizadas en galaxias del universo local para las que existen medidas de distancia independientes de la propia supernova (Cefeidas o relación Tully-Fisher). Usando espectros obtenidos en el telescopio de 4,2m William Herschel, han estimado las abundancias de oxígeno de las regiones en las que las supernovas explotaron y luego han usado estas medidas para determinar si su luminosidad está o no afectada por la metalicidad.

Los investigadores han llegado a la conclusión de que las supernovas con más metales eran más tenues que aquellas con una baja proporción metálica. Creen que esta relación de mayor metalicidad/menos luminosidad, que tiene un 80% de posibilidades de no deberse a una fluctuación aleatoria, procede del desarrollo del estallido de la supernova. En promedio las supernovas de baja metalicidad y las de alta muestran una diferencia promedio de ~0.14 dex.

Figura 1: Imagen de la galaxia M 82 (localizada a 12 millones de años luz sobre la constelación boreal de la Osa Mayor) con la supernova SN 2014J. La supernova, de tipo Ia, aparece señalada con dos líneas. Los datos para hacer esta imagen se consiguieron con la cámara ACAM del Telescopio William Herschel (ING, Observatorio del Roque de los Muchachos, isla de La Palma, España), que tiene un espejo primario de 4,2 metros de tamaño. Se usaron los filtros u (coloreado en azul oscuro, dos tomas de 300 segundos), g (en cían, 3 tomas de 100 segundos), i (en verde, tres tomas de 100 segundos) y r (en rojo, 3 tomas de 100 segundos). Los datos se consiguieron el 24 de enero de 2014 hacia las 04:40 UT, excepto los datos en filtros r y u (25 de enero hacia las 06:00 UT). Además, se ha incluido una toma extra en el filtro Hα, también codificado en rojo, conseguida combinando 4 imágenes de 300 segundos. Los datos en Hα se obtuvieron el 26 de enero a las 06:30, terminando ya durante el crepúsculo.

Créditos, observadores: Manuel E. Moreno-Raya (CIEMAT, Spain) y Lluís Galbany (DAS / UC, Chile), Procesado de datos y composición en color: Ángel R. López-Sánchez (AAO / MQ, Australia), Astrónomo de soporte: Chris Benn (ING, Reino Unido), Operador del Telescopio: José Norberto González (ING, Reino Unido). Equipo de investigación: Manuel E. Moreno-Raya (CIEMAT, España), Mercedes Mollá (CIEMAT, España), Ángel R. López-Sánchez (AAO /MQ, Australia), Lluís Galbany (DAS / UC, Chile), Aurelio Carnero (ON, Brasil), Inma Domínguez (UGR, España) y Pepe Vílchez (CSIC / IAA, España).

Figura 2: Brillo de las supernovas tipo Ia en función de la metalicidad de su entorno medida como abundancia de oxígeno 12+log(O/H). Las supernovas de baja metalicidad (zona azul) y las de alta (zona roja) muestran una diferencia promedio de ~0.14 dex (tomada de Moreno-Raya et al. 2014)