Polvo, ¿alguien dijo polvo? Cuando escucho sobre un artículo de astronomía que habla sobre el polvo, siempre me atrae leer sobre él. Desde los inicios de mi carrera en astronomía, siempre me ha interesado el polvo debido a su complejidad y porque sabemos que es responsable de muchos eventos en nuestro Universo. Se encuentra en regiones de formación estelar, protegiendo el gas molecular que colapsa para formar estrellas. También se encuentra en discos de escombros alrededor de estrellas recién formadas y es probablemente la semilla para la formación de planetas. Aquí en la Tierra, el polvo es el responsable de la formación de las nubes, y ¿Cuántas veces no hemos escuchado que estamos hechos de polvo estelar? Sin embargo, el estudio del polvo es bastante complejo, no solo para comprender su composición, sino también cómo se forma y cómo sobrevive a muchos de los eventos más violentos del Universo.
La observaciones más reciente de NGC 6946, realizada con el telescopio James Webb, proporcionan información relevante a la formación de polvo y también explica las cantidades que se observan en nuestro Universo. En este caso, un grupo de astrónomos[1] explora la teoría de que las explosiones de Supernova (SN) son una posible fuente de polvo en el Universo. En su artículo en la revista Noticias Ménsulas de la Sociedad de la Academia Royal, titulado "Observaciones con JWST de reservas de polvo en las supernovas de tipo IIP: 2004et y 2017eaw", Melissa Shahbandeh y un grupo de científicos aprovecharon el gran poder de resolución que tiene JWST en las bandas infrarrojas largas para observar supernovas distantes que explotaron ya hace tiempo y que por lo tanto hacen posible medir el polvo producido por estos eventos.
Las dos supernovas que estudiaron son SN2004et, que explotó hace 18 años, y SN 2017eaw, que explotó hace cinco años. Ambas son supernovas de tipo IIP (o plateou II), que probablemente son el resultado de un colapso rápido de estrellas masivas que, después de explotar y alcanzar su máximo, permanecen brillantes y con una luminosidad constante durante un período prolongado de al menos 100 días.
La siguiente imagen es una observación de NGC 6946 tomada de la Sección de Astronomía de la Academia de Ciencias de Rochester (ASRAS por sus siglas en inglés)[2], que muestra la galaxia cuando la supernova SN2004ET fué descubierta por Stefano Moretti en el 2004.
Imagen de origen: https://www.rochesterastronomy.org/sn2004/sn2004et.html
Cuando comparamos esta imagen con otra imagen de la galaxia tomada con el Telescopio de 4 metros Nicholas U. Mayall en el Observatorio Nacional de Kitt Peak en el 2008, podemos ver claramente cómo la fuente brillante que era visible en la imagen del 2004 ahora ha desaparecido.
Imagen de origen: https://webbtelescope.org/contents/media/images/2023/115/01H3D2YW8KJRXPEVYEXYCRRX1B?news=true
¿Por qué se busca polvo en las remanentes de las supernovas? La razón principal es que los astrónomos están tratando de explicar la cantidad de polvo que se observa en las galaxias distantes[3]. Debido a que conocemos su distancia, sabemos que estas son galaxias jóvenes y, por lo tanto, no poden producir todo el polvo observado mediante el mecanismo más aceptado de formación, como son las eyecciones de las capas externas de estrellas evolucionadas y de baja masa — esta etapa de evolución ocurre cuando las estrellas tienen edades mayores que las edades de las galaxias observadas. Además, debido a su baja temperatura en comparación con la temperatura de las estrellas, el polvo es observable en las longitudes de onda infrarrojas (IR) que JWST observa. Finalmente, el poder de resolución de JWST también permite observar, con suficiente detalle, la emisión en el IR proveniente de supernovas en otras galaxias, lo cual es indispensable para poder corroborar esta teoría.
Melissa Shahbandeh[1] y un grupo de astrónomos analizaron las observaciones de estas dos famosas remanentes de SN que fueron tomadas con el detector JWST/MIRI [4]. A partir de estas observaciones, el grupo determinó que estas remanentes tienen cantidades considerables de polvo y, por lo tanto, se puede concluir que las supernovas SNe son productoras de una cantidad significativa del polvo en el Universo.
Referencia [4]
Para llegar a esta conclusión, el equipo primero exploró varios escenarios físicos que toman en cuenta en donde se encuentra la mayoría del material eyectado que emite en el IR y también su temperatura. En este caso, la temperatura se puede obtener analizando la forma que toma la curva de emisión de la luz en diferentes longitudes de onda en el IR (o diferentes tipos de luz IR). La ubicación y la temperatura pueden ayudar a determinar si el polvo se formó al condensar el material que se expulsó en la explosión de la SN, o si ya existía en el momento de la explosión. Usando modelos de polvo[5], el equipo explora diferentes parámetros para la composición, el tamaño y la temperatura del polvo, determinando con ello un límite inferior para la masa del polvo producida por estas dos supernovas; que es entre la mitad y 15 veces la masa de Júpiter.
Este diagrama se deriva del diagrama de producción de polvo en SNs en referencias [1] y [5].
También concluyeron que las temperaturas del polvo, entre ∼100–150 K, indican que es muy probable que este polvo se haya producido después de la explosión de la SN y que además este sobrevivió los choques inversos un tanto intensos, típicos en estas supernovas[4]. Sin embargo, dado que podemos ver polvo caliente con MIRI, se puede concluir que estas remanentes también producirán polvo más frío y que será observable a medida que la eyección continúa expandiéndose. Si las futuras observaciones detectan que estas SNs llegan a producir más de 1 vez la masa del sol en polvo, entonces será posible explicar la cantidad de polvo observado en el Universo primitivo. Este tipo de estudios es, por supuesto, tan solo una pequeña pieza del rompecabezas que nos permite comprender el papel que el polvo juega en muchos de los fenómenos de nuestro Universo, y es por eso que se necesitarán más observaciones en el IR y otros tipos de luz para comprenderlo.
Referencias:
[1] Melissa Shahbandeh, Arkaprabha Sarangi, Tea Temim, Tamás Szalai, Ori D Fox, Samaporn Tinyanont, Eli Dwek, Luc Dessart, Alexei V Filippenko, Thomas G Brink 2023, Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, Volume 523, Issue 4, Pages 6048–6060, https://doi.org/10.1093/mnras/stad1681
[2] https://www.rochesterastronomy.org/sn2004/sn2004et.html
[3] Maiolino, R., Schneider, R., Oliva, E. et al. A supernova origin for dust in a high-redshift quasar. Nature 431, 533–535 (2004). https://doi.org/10.1038/nature02930
[4]https://webbtelescope.org/contents/media/images/2023/115/01H3D0HJG0A3EXG56K45AY35EK?news=true
[5] Fox O. D., Chevalier R. A., Dwek E., Skrutskie M. F., Sugerman B. E. K., & Leisenring J. M. 2010, ApJ , 725, 1768 https://doi.org/10.1088/0004-637X/725/2/1768