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Michael Schwartz | Observatorios Tenagra (EEUU)

Las supernovas pueden ayudar a encontrar respuesta a preguntas fundamentales: ¿Dónde está la materia oscura del Universo? ¿Es correcta la hipótesis de la inflación del Universo joven? ¿Existe una componente repulsiva de la gravedad? ¿Por qué y cómo precisamente nuestra parte del Universo se mueve hacia el Gran Atractor? Si quieres formar parte de la solución a estas preguntas... ¡lee este artículo!




Introducción.

Hay una forma, tal vez desconocida para muchos aficionados, de descubrir la Astronomía: buscar supernovas. Hasta hace poco, los descubrimientos realizados por aficionados se limitaban a algún cometa ocasional, labor a la que muchos grandes observadores se han dedicado con meticulosidad. Menos conocidos son aquellos observadores que se dedican a la búsqueda de nuevas variables cataclísmicas o controlan los estallidos de las conocidas. Por último, sobre todo desde la llegada de las cámaras CCD, los aficionados se han vuelto esenciales para el enorme crecimiento del banco de datos sobre cuerpos menores.

Aunque todos estos estudios tienen un valor tremendo, el descubrimiento de supernovas tiene grandes implicaciones como nuevos indicadores de distancia; son la nueva herramienta que ayudará a los astrónomos a determinar el futuro del Universo. Nunca antes los aficionados habían estado en disposición de contribuir con sus datos de una manera tan directa a resolver las grandes cuestiones planteadas por la cosmología teórica y observacional. Las supernovas pueden ayudar a encontrar respuesta a preguntas fundamentales sobre el origen del Universo.


¿Qué es una supernova (SN)?

A muchos niveles, ésta es aún una cuestión que se debate entre los astrónomos. Lo que está claro es que las supernovas son enormes explosiones que tienen lugar en una estrella individual o en un sistema binario. Son tan brillantes que pueden competir contra el brillo combinado del resto de las estrellas de la galaxia en la que tienen lugar.

De manera general, hay dos tipos principales de SNs. Las SN tipo I se suponen originadas en sistemas binarios. Una enana blanca en órbita alrededor de una compañera mayor y menos densa, puede robar material de ésta si la órbita tiene puntos de suficiente aproximación. Si esto sucede, el resultado es que la enana blanca puede llegar a recogen más material del que su núcleo puede soportar. Entonces, tiene lugar una inmensa implosión en la que una enorme cantidad de materia "rebota" a velocidades cercanas a la de la luz. De una manera más concreta, estas SNs se conocen como tipo Ia.

Una supernova tipo II es similar, salvo que ésta posee el exceso de masa "de nacimiento", al tratarse de una estrella supermasiva. Al contrario que la mayoría de las estrellas, estos monstruos consumen su material en un periodo de tiempo relativamente corto, millones de años. Cuando el combustible se consume a esta velocidad, la estrella "cae" sobre ella misma, produciendo de nuevo una enorme explosión.

Los dos tipos de implosiones se diferencian, pues, a nivel físico. Las supernovas tipo II emiten más energía que las tipo Ia, pero la mayor parte es en forma de esas criaturas fantasmagóricas que llamamos neutrinos. En una SN tipo Ia hay más energía emitida en forma de luz visible, y por eso son aproximadamente un par de magnitudes más brillantes que las tipo II. Este hecho será importante cuando comentemos cómo descubrir una supernova.


Historia de las supernovas... a la velocidad de la luz.

Los cambios en el firmamento siempre han fascinado a los astrónomos, quizá porque el cielo nocturno ofrece pocos cambios comparado con el mundo que nos rodea. Las novas y supernovas formaban una clase aparte, muy distinta a la aparición de cometas y las relativamente frecuentes lluvias de meteoros. La supernova antigua más famosa es la que explotó en el año 1054 de nuestra era, dando origen a la Nebulosa del Cangrejo M1. Los astrónomos chinos escribieron en profundidad sobre ella y si damos crédito a los petroglifos, los indios americanos también parecen haberla detectado; en la Europa de la edad oscura, sin embargo, todos parecían mantener la mirada fija en el suelo...




Fresco de Tycho Brahe.



La supernova de 1572 fue estudiada por Tycho Brahe, lo que hizo aumentar su renombre. De manera análoga sucedió con la de 1604, estudiada por Johannes Kepler. El primer astrónomo moderno en estudiar de manera intensiva las SNs fue Fritz Zwicky en los años 30. Este famoso astrónomo acuñó el término "supernova" y, hasta la fecha, sigue siendo la persona que ostenta el récord de descubrimientos de SNs en su haber. También es conocido por ser una de las personas más violentas que jamás hayan trabajado en Monte Palomar y no le importaba hacer flexiones con una sola mano para intimidar a sus colegas.


El reverendo Robert Evans, pionero amateur.

El Palomar Sky Survey original y el trabajo de Zwicky fueron las principales fuentes de descubrimiento de SNs, además de algún descubrimiento ocasional por azar mientras algún profesional estudiaba galaxias.

Las posibilidades de que un aficionado descubriese una supernova no se habían considerado, hasta que en 1981 el reverendo Robert Evans dedicó a esta labor su "modesto" reflector de 40 cm. Hoy, sus descubrimientos alcanzan la cifra de 37, y no han sido igualados por ningún otro aficionado. Con la labor del reverendo Evans quedó claro que el descubrimiento de supernovas requería de dos ingredientes fundamentales: Un nivel inigualable de persistencia y habilidad para aprenderse los campos estelares que rodean las galaxias. También buscaba con inteligencia; sabía que no tenía sentido buscar algo en un lugar en el que simplemente no puede encontrarse. Evans buscaba en galaxias cercanas, allí donde sabía que una supernova sería visible en su instrumento. Una elección inteligente de galaxias es un aspecto de la máxima importancia en la búsqueda de supernovas, algo que deben tener en cuenta tanto los aficionados como los profesionales.

«Una elección inteligente de galaxias es un aspecto de la máxima importancia en la búsqueda de supernovas»
El reverendo Evans trabajó casi exclusivamente desde Australia. Tal vez debido a la baja frecuencia de sus descubrimientos (aproximadamente dos por año) y a la carencia por entonces de comunicaciones por Internet, no tuvo ningún homólogo en el hemisferio norte. Seguramente el esfuerzo conjunto de un puñado de aficionados en ambos hemisferios hubiera permitido un número mucho mayor de descubrimientos a añadir a la base actual de SNs. El éxito de Evans realmente dependía de su dedicación y su paciencia. Literalmente, se necesitan miles de observaciones para encontrar una supernova, y no hay mucha gente dispuesta a eso. Para encontrar SNs hay que saber apreciar la belleza de las ténues nebulosas y de los campos estelares que las rodean. Obviamente, el reverendo Evans tenía esas cualidades y más.

Otros personajes con marcas notables (al menos 10 descubrimientos) son Michael Schwartz --autor del artículo-- y Tim Puckett (Estados Unidos), Mark Armstrong (Reino Unido) y Aoki (Japón).


Magnitudes límites.

Tal como se ha indicado una y otra vez, las CCDs han convertido el telescopio típico de aficionado en un instrumento de investigación. Entre sus virtudes se incluyen dos cualidades muy apreciadas a la hora de buscar supernovas. La primera es la sensibilidad; mientras que la magnitud límite del reverendo Evans estaba alrededor de la 16, una CCD típica en un telescopio de 25 cm alcanza magnitud 17 en una exposición corta. La segunda ventaja es la cobertura; con tiempos de integración tan cortos, es posible buscar cada vez en más galaxias, y éstas pueden ser más débiles, lo que aumenta las posibilidades de encontrar una SN. Estos parámetros son, en general, la clave del éxito. ¿Cuántas galaxias observas y hasta qué magnitud?

«La mayoría de los descubrimientos con CCD realizados por aficionados se encuentran entre las magnitudes 16 y 17»
Un gráfico de las magnitudes de las SNs descubiertas por el reverendo Evans muestra que la mayoría se encontraban entre las magnitudes 13,5 y 14,5. Evans siempre procuraba detectar las supernovas en el inicio de su subida de brillo, ya que esta primera parte de su curva de luz es muy valiosa para los astrónomos. Por este motivo, podemos asumir que en general estas magnitudes son las más débiles que Evans podía detectar visualmente. Al otro extremo tenemos las magnitudes de las SNs descubiertas por Zwicky en el primer Palomar Sky Survey y otros reconocimientos fotográficos anteriores. Los reconocimientos fotográficos siguen siendo los más profundos, con una magnitud entre 17 y 20 para las SNs descubiertas.

Los aficionados dotados de CCD emplean telescopios que van usualmente desde los 20 cm a los 60 cm. Con estas aberturas y la necesidad de cubrir tantas galaxias como sea posible, la mayoría de los descubrimientos se encuentran entre las magnitudes 16 y 17, más profundo que una búsqueda visual pero menos que los reconocimientos fotográficos del pasado.




Telescopio del proyecto KAIT (Katzman Automated Imaging Telescope).



La primera máquina caza-supernovas profesional es KAIT (de Katzman Automated Imaging Telescope), operado por los profesores W. Li y A. Fillipenko (Universidad de California en Berkeley). Este sistema hace uso de un telescopio de 75 cm situado en Mount Hamlton, el hogar del Observatorio de Lick, por lo que a menudo para denominar a este programa se emplean las siglas LOSS (de Lick Observatory Supernovae Search). La mayoría de los descubrimientos del LOSS se hallan entre magnitudes 17,5 y 18,5, sensiblemente más débiles que las de los aficionados.

Así que estas son las opciones. Los reconocimientos fotográficos profundos son caros, lo mismo que un telescopio robótico de 75 cm, lo que deja los métodos visual y fotográfico como opciones. Obviamente, la CCD es más útil, sobre todo teniendo en cuenta el progresivo aumento de competencia, pero eso no quiere decir que haya que abandonar las búsquedas visuales. De hecho, el reverendo Evans descubrió recientemente de manera visual la SN2000cj.

Lo mejor al alcance de los aficionados es el modesto SC dotado de una CCD sensible y una montura que apunte y guíe suficientemente bien. Sobre esto hay muchas consideraciones que quedan fuera del objeto de este artículo. Yo, por ejemplo, literalmente esperé hasta la llegada de la Paramount 1100 de Bisque, convencido de que era la única montura que reunía las especificaciones necesarias para que me mereciera la pena realizar un esfuerzo intensivo.


Eligiendo Galaxias

Las galaxias tienen que ser seleccionadas de acuerdo a su distancia. Los que se inician en la búsqueda de supernovas con frecuencia cometen un error: eligen las galaxias conforme a su brillo, y asumen que son las más cercanas, por lo que las NGC se convierten en sus objetivos. Aunque esto es por lo general correcto, muchas de las UGC y de otros catálogos son igual de cercanas, pero no tan brillantes. Yo he descubierto SNs en NGC, IC, UGC, MCG, CGCG e incluso en galaxias anónimas.




Grupo Compacto Hickson 87, fotografiado por el Telescopio Espacial Hubble. Este grupo de galaxias se orbitan mutuamente. Cortesía STScI.



Las galaxias deben elegirse también de acuerdo a su tipo. Recordemos que las SN tipo Ia necesitan la participación de una enana blanca y su compañera. Las enanas blancas por lo general son estrellas muy viejas, por lo que las SN tipo Ia tienden a aparecer en las viejas poblaciones estelares que se concentran en el núcleo central de las galaxias espirales o en las galaxias espirales. Sin embargo, las SN tipo II, dado que son el resultado de la rápida evolución de estrellas masivas, sólo pueden tener lugar en estrellas donde aún se den brotes de formación estelar. El resultado final es que las espirales pueden originar tanto SNs tipo Ia como II, mientras que las elípticas sólo pueden producir explosiones de tipo Ia. Por eso, si se desea incrementar las posibilidades de descubrir una supernova, es mejor olvidarse de las elípticas. Pero se debe tener en cuenta que esta recomendación es válida sólo para un equipo diseñado para encontrar el mayor número posible de supernovas. Dado que las SN tipo Ia son el único indicador estándar de distancia del que disponemos, y teniendo en cuenta la ausencia de oscurecimiento debido a polvo en las elípticas, a menudo a estas supernovas se convierten en las más valiosas que se pueden encontrar.


Resumiendo.

¿Quieres descubrir una supernova? Entonces presta atención a los siguientes factores:

  • No busques donde no puedas encontrar nada. Es muy importante que conozcas la magnitud límite de tu telescopio. No tiene sentido buscar en galaxias donde una SN en su máximo brillo será difícilmente detectable. Deberías obtener diferentes exposiciones de las mismas galaxias para determinar los límites bajo las distintas condiciones de trabajo. También, como hemos comentado, las posibilidades de descubrir una supernova son mayores buscando en galaxias espirales e irregulares. Hay un gran número de catálogos de galaxias que incluyen su velocidad de recesión, y por ende su distancia (empleando la constante de Hubble que desees). El mejor es el RC3 de Vaucoulers. Se trata de una muestra de galaxias obtenidas a partir de todos los grandes catálogos, en la que podemos usar las velocidades de recesión y el tipo de galaxia para seleccionar los objetivos. Para mi telescopio de 40 cm + CCD elijo como punto de corte la velocidad de 13 000 km/s. Si la velocidad no es conocida (lo que sucede a menudo), incluyo la galaxia en mi lista si su tamaño es mayor de 1 minuto de arco, ya que espero que con ese tamaño existen posibilidades de que la galaxia esté dentro del rango de distancias permitido.

  • Busca en tantas galaxias como sea posible. Tu éxito depende del número. Hablando estadísticamente, el número de SNs que puedes descubrir es directamente proporcional al número de galaxias observadas. Obviamente, los telescopios automatizados suponen una gran ventaja para los cazasupernovas. Algunos programas, como la suite de Software Bisque, permiten programar un telescopio automatizado para comenzar al ocaso y finalizar al amanecer, y dormir mientras tanto. Una ventaja tremenda para aquéllos que deben levantarse todas las mañanas para ir a trabajar.

  • Tus propias imágenes son tu mejor referencia. Puede ser tentador comparar tus imágenes con otras fuentes externas, como el RealSky o atlas fotográficos de galaxias. Aunque esto a veces puede ser útil, las imágenes CCD suelen ser muy distintas. Las nubes de gas brillante, como las regiones HII, pueden tener aspecto estelar en una imagen CCD. En todo caso, tus propias imágenes son la referencia verdadera sobre una posible SN. A pesar de todo, el DSS (Digital Sky Survey) es una valiosa fuente de confianza cuando no existe imagen de referencia.

  • Pásate por las páginas de Internet o por otras fuentes en las que aparezcan descubrimientos de supernovas con un telescopio como el tuyo. ¿Cómo puedes saber qué aspecto tiene una supernova sin ver las que han descubierto otros?. Este ejercicio, además de esencial, es divertido. También puedes consultar las estimaciones de brillo de la VSNET y la IAU, lo que además te permitirá practicar con los programas astrométricos (para medir la separación de la SN respecto a la galaxia progenitora) y comprobar la exactitud de tus estimaciones de brillo. Es muy fácil cometer errores astrométricos cuando tienes la combinación fatídica de cansancio y excitación.

  • Conoce los procedimientos para informar sobre una SN. En este artículo no vamos a comentar los procedimientos para informar de una nueva SN a la IAU, pero sí diremos que es esencial que se presente en el formato exacto y que no contenga más información o menos que la solicitada. Siempre se puede solicitar ayuda de un descubridor avanzado a través de la International Supernova Network, en http://www.supernovae.net.

  • Ten un método estándar para revisar tus imágenes. Recuerda que tus mejores imágenes de referencia son las tuyas. Busca un método fácil de comparación. Los métodos varían con cada persona, desde la simple inspección visual al blinking. Puede ser una tarea dura, aunque te permite disfrutar de la belleza de las galaxias. Yo he mirado y disfrutado más de 20 000 galaxias, todas y cada una de ellas una verdadera joya. ¡No te olvides de comprobar en el interior del núcleo! La distribución de estrellas en las galaxias hace más probable la aparición de SNs cercanas al núcleo que exteriores. Esto significa que cada imagen debe ser procesada para ver las débiles regiones exteriores, y procesada de nuevo para ver el núcleo. Para esto no son necesarios programas extraordinarios. Tanto las regiones exteriores como el núcleo pueden examinarse simplemente ajustando el brillo y el contraste.




    Montura Paramount GT-1100s. Software Bisque.



  • No te desanimes. Aunque los métodos que hemos revisado en este artículo maximizarán tus posibilidades, seguimos hablando de posibilidades. Los descubrimientos tienen una gran componente de suerte. También puede ser muy desagradable encontrar una SN y luego saber que ya ha sido descubierta. Esto no debería ser preocupante, porque querría decir que tu sistema de búsqueda optimizada funciona. Nadie podrá negar el hecho de que descubriste una, solo que ¡no fuiste el primero! En mi búsqueda aparece una SN cada 1 400 imágenes aproximadamente. De nuevo, esto son estadísticas. He llegado a descubrir tres SNs en tres semanas, y he pasado cuatro meses sin descubrimientos. Simplemente sigue los consejos de este artículo, prepara un plan y ponlo en marcha. Encontrarás una SN si tu equipo satisface los requisitos.


Hay otros asuntos acerca de la búsqueda de SNs con mucho más profundos que esta breve introducción. Entre ellos tenemos la escala de imagen (segundos de arco por pixel), que parece ser foco de luchas incluso fuera del campo de las SNs. Otros se centran en cómo aumentar la magnitud límite con un mal seguimiento, es decir, la determinación del tiempo óptimo de exposición para un seguimiento determinado. Estoy abierto a vuestras preguntas, y espero ver más y más aficionados engrosando las listas de cazadores de supernovas con éxito.

Soy consciente de que este artículo es demasiado breve para responder muchas cuestiones y proporcionar información completa sobre cómo descubrir supernovas. Por eso os animo a que contactéis conmigo en
mbs@tenagraobservatories.com


Páginas de interés.








Michael Schwartz es Director de los Observatorios Tenagra (http://www.tenagraobservatories.com), un proyecto privado con instalaciones en Oregón y Arizona (EEUU) dedicado a la búsqueda y estudio de supernovas, búsqueda de cuerpos menores y estudio de variables. En el momento de escribir este artículo, Schwartz cuenta con 17 supernovas descubiertas desde 1997.

Astronomía Digital agradece a Michael Schwartz el permiso para publicar en español su artículo. Texto traducido por Francisco Centenera.

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