En 2023, el astrónomo aficionado Dana Patchick estaba mirando imágenes del archivo Wide-field Infrared Survey Explorer y descubrió un objeto circular difuso en la constelación de Casiopea.
© Fesen et al. 2023Imágenes de PA 30 en O III por KPNO (izquierda) y en S II por Fesen et al. 2023.
Sin embargo, los astrónomos profesionales que la recogieron de allí se dieron cuenta de que este objeto es mucho más de lo que parecía en un principio. Ahora creen que es el remanente de una supernova perdida observada en 1181. Y de un tipo extremadamente raro.
La Estrella Invitada
A principios de agosto de 1181, una "estrella invitada" apareció en la constelación que hoy conocemos como Casiopea. Los astrónomos chinos de la época la conocían como Chuanshe. Ellos y los astrónomos japoneses registraron la aparición de la estrella y señalaron que permaneció visible durante 185 días, inmóvil con respecto a otras estrellas.
En 1971, los astrónomos se dieron cuenta por primera vez de que esta "estrella invitada" era casi con toda seguridad una supernova debido al tiempo que permaneció visible en el cielo nocturno. Esto convirtió la observación inicial en un informe extremadamente raro de una supernova histórica.
Se cree que las supernovas se producen, de media, una vez por siglo en galaxias como la Vía Láctea pero, debido a que pueden quedar ocultas si se encuentran en el lado más alejado de la galaxia y oscurecidas por las pesadas capas de polvo, no todas serán visibles para nosotros. En última instancia, esto convirtió a SN 1181 en una de las menos de una docena de supernovas sospechosas en la historia registrada antes del surgimiento de la astronomía moderna. Y de ellas, sólo cuatro habían sido vinculadas de forma concluyente a un remanente observado. Aunque los astrónomos están seguros de que estas supernovas históricas eran realmente supernovas, sin un remanente identificado es imposible determinar el tipo de supernova.
Anteriormente, SN 1181 se había asociado potencialmente con un púlsar conocido como 3C 58, pero los intentos de determinar la edad de este objeto sugirieron que era demasiado antiguo como para asociarlo con los registros chinos.
PA 30
Aunque PA 30 fue señalada inicialmente como una posible nebulosa planetaria, pronto se hizo evidente que era cualquier cosa menos eso.
Apenas un año después de su descubrimiento, los astrónomos examinaron el objeto. En las nebulosas planetarias, la estrella central se ha desprendido de la mayor parte de sus capas exteriores, con lo que el núcleo de la estrella, aún extremadamente caliente, queda al descubierto. La radiación de esta estrella calentará la nebulosa creada provocando líneas de emisión en el espectro. Sin embargo, estas líneas de emisión estaban ausentes en el espectro de PA 30.
En 2016 se realizaron observaciones de seguimiento. Estas revelaron vientos procedentes de la estrella central a velocidades "sin precedentes" de 16.000 km/seg (5% la velocidad de la luz). Se encontraron líneas de emisión de la estrella central de oxígeno y carbono altamente ionizados, pero tanto la estrella central como la nebulosa carecían de hidrógeno y helio. La nebulosa se expandía a una velocidad aproximada de 1.100 km/s, es decir, 100 veces la velocidad de expansión de una nebulosa planetaria típica.
Sin embargo, estas características tampoco coinciden del todo con las expectativas de una supernova. En primer lugar, la velocidad de expansión de la nebulosa era inferior a la de la mayoría de los eyectas de supernovas. En segundo lugar, incluso en la mayoría de las supernovas debería haber hidrógeno y helio, ya que se trata de la capa exterior de las estrellas que se desprende en la explosión.
El primer intento de explicar esto se produjo en 2019. Allí, los astrónomos sugirieron que la supernova fue causada por la fusión de dos enanas blancas que ya estaban agotadas de estos elementos más ligeros al liberar sus atmósferas al final de la secuencia principal de sus vidas. En concreto, los astrónomos propusieron que se trataba de la fusión de una enana blanca con una atmósfera de carbono/oxígeno con otra con una atmósfera de oxígeno/neón, creando un tipo de supernova excepcionalmente raro conocido como SN Tipo Iax.
Esta propuesta resuelve ambos problemas. La pérdida previa de las atmósferas explica por qué el hidrógeno y el helio no estaban presentes. Además, este tipo de supernova no tiene un estallido tan grande como otras, lo que explica que la velocidad de expansión sea menor de lo previsto.
Estudios posteriores lo corroboraron. Al profundizar en los espectros, se descubrió que estos presentaban una abundancia de neón y magnesio superior a la prevista, que son el resultado de la fusión del carbono. Esto convirtió a PA 30 en la única supernova de este tipo conocida en nuestra galaxia.
Las primeras investigaciones sugirieron que el remanente estelar podría tener campos magnéticos extremadamente fuertes que impulsaron los fuertes vientos. Sin embargo, modelos más recientes han sugerido que el remanente posee un campo magnético más modesto.
Pero, ¿estaba realmente asociado a SN 1181?
Asociación
Una inmersión más profunda en los registros históricos ciertamente lo hace parecer probable. Los registros de China y Japón indican que la estrella se encontraba "en la logia lunar de Kui", cerca de la "quinta estrella de Chuanshe", "junto a [la constelación de] Ziwei" y "cerca de [la constelación de] Wangliang".
En conjunto, estas descripciones forman una serie de restricciones que describen la zona en la que debería encontrarse el resto de supernova. PA 30 se encuentra dentro de ella, mientras que el otro candidato, 3C 58, no.
© From paper by Dr. Schaefer.La ubicación de los posibles restos de SN 1181 comparada con el área definida por las restricciones proporcionadas por los registros históricos (en cian).
Volviendo a los registros históricos, se cree que SN 1181 tuvo un brillo máximo de magnitud -1,4. Esto es coherente con el brillo que debía tener PA 30 en aquella época, teniendo en cuenta cómo se ha desvanecido.
También se estudió la edad de PA 30 teniendo en cuenta el ritmo de expansión de la nebulosa. Una vez más, los tiempos coinciden bastante bien con los de SN 1181.
En última instancia, todos los indicios apuntan a que PA 30 es el remanente de SN 1181. Esto la convierte en el quinto resto de supernova que se ha asociado positivamente con una observación de una supernova dentro de nuestra propia galaxia. Esa proximidad permitirá estudiar las secuelas con un detalle sin precedentes para este raro tipo de supernova.
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