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This research will change what we know about supernova explosions. Scientists detected a pre-explosion brightness that was not predicted in the models. To do so, they used data science techniques for astronomy developed in Chile, machine-learning and supercomputing.
This Monday, September 3rd, Nature Astronomy journal will publish the article The delay of shock breakout due to circumstellar material evident in most Type II Supernovae, written by a group of researchers from the Center for Mathematical Modeling (CMM) and the Astronomy Department of Universidad de Chile, the Millennium Institute of astrophysics (MAS) and other international institutions, after four years of work.
The findings will change what is known about supernova explosions and the later stages of stellar evolution. In particular, the group discovered that supernovae generated from red supergiants, large stars in advanced stages of their life, present a flash before the main explosion not predicted by current models.
This brightness is explained by the collision between the supernova’s expanding gas and a material of unknown origin that surrounds the star, Francisco Förster, researcher at CMM, MAS and PI of this study, explains: “The presence of this material makes it possible to extract part of the enormous energy produced during the explosion and convert it into a light that we can detect.”
The discovery was possible thanks to the fact that the explosions were observed in real time in their initial stages with the 520 million pixels camera, DECam, the largest in the southern hemisphere, located at the Blanco Observatory in Cerro Tololo. To do this, unprecedented data analysis techniques developed in Chile were used for astronomy, machine learning, astrophysical models created in Japan and high-performance computing.
“This study is part of CMM’s work on acquiring and structuring complex databases, formulating methodologies to make sense of these databases, and interpreting the results,” Alejandro Maass states, director of the Center for Mathematical Modeling. “It is a leap in the challenges that data science brings to society, academia and industry.”
For Takashi Moriya, astronomer at Japan’s National Astronomical Observatory, “these findings give us clues about the mysterious behavior of massive stars about to explode. When the star is depleting its fuel, some mechanism inside would cause the loss of material in its outermost regions just before the explosion, but we don’t have a clear idea of the mechanism that would cause this.”
For Förster, this finding will open doors to new researches thanks to the large telescopes being built in Northern Chile, such as the Large Synoptic Survey Telescope, which will survey the entire sky every three nights: “This will allow us to have larger samples of these supernovae and a better understanding of this phenomenon.
Image: Red supergiant star surrounded by a veil of circumstellar material before the explosion as suggested by early observations of type II supernovae (artistic impression, credit: NAOJ.)
Paper Nature Astronomy: http://dx.doi.org/10.1038/s41550-018-0563-4[:es]
Investigación cambiará lo que sabemos sobre las explosiones de supernovas. Los científicos detectaron un brillo previo al estallido que no estaba pronosticado en los modelos. Para hacerlo, utilizaron técnicas de ciencia de datos desarrolladas en Chile inéditas para la Astronomía, aprendizaje de máquinas y supercomputación.
Este lunes 3 de septiembre, la revista Nature Astronomy publicará el artículo The delay of shock breakout due to circumstellar material evident in most Type II Supernovae, escrito por un grupo investigadores del Centro de Modelamiento Matemático (CMM) y del Departamento de Astronomía de la Universidad de Chile, el Instituto Milenio de Astrofísica (MAS) e instituciones internacionales, tras cuatro años de trabajo.
Los hallazgos cambiarán lo que se sabe sobre explosiones de supernovas y las últimas etapas de la evolución estelar. En particular, el grupo descubrió que las supernovas generadas a partir de supergigantes rojas, estrellas de gran tamaño en etapas avanzadas de su vida, presentan un destello antes de la explosión principal no pronosticado por los modelos actuales.
Este brillo se explica por el choque entre el gas en expansión de la supernova y un material de origen desconocido que rodea la estrella, explica Francisco Förster, investigador del CMM y del MAS líder de la investigación: “La presencia de este material permite extraer parte de la enorme energía producida durante la explosión y convertirla en luz que podemos detectar”.
El descubrimiento fue posible gracias a que las explosiones fueron observadas en tiempo real en sus etapas iniciales con la cámara DECam de 520 millones de píxeles, la más grande del hemisferio sur, ubicada en el telescopio Blanco del observatorio Cerro Tololo. Para ello, se utilizaron técnicas de análisis de datos desarrolladas en Chile inéditas para la Astronomía, aprendizaje de máquinas, modelos astrofísicos creados en Japón y computación de alto rendimiento.
“Este trabajo se enmarca en el trabajo que el CMM realiza en torno a adquirir y estructurar bases de datos complejos, formular metodologías para dar sentido a estas bases e interpretar los resultados”, dice Alejandro Maass, director del Centro de Modelamiento Matemático. “Es un salto en los desafíos que la data science trae para la sociedad, la academia y la industria”.
Para Takashi Moriya, astrónomo del Observatorio Astronómico Nacional de Japón, “estos hallazgos nos dan pistas acerca del misterioso comportamiento de las estrellas masivas a punto de explotar. Cuando la estrella está agotando su combustible, algún mecanismo en su interior provocaría la pérdida de material en sus regiones más externas justo antes de la explosión, pero no tenemos una idea clara del mecanismo que provocaría lo anterior”.
Para Förster, el hallazgo abrirá pasos a nuevas investigaciones gracias a los grandes telescopios que se están construyendo en el norte, como el Large Synoptic Survey Telescope, que barrerá todo el cielo cada tres noches: “Esto va a permitir tener muestras más grandes de estas supernovas, con las que entenderemos mejor este fenómeno”.
Imagen: Estrella supergigante roja rodeada por un velo de material circumestelar antes de la explosión como lo sugieren las observaciones tempranas de supernovas tipo II (impresión artística, crédito NAOJ)
Paper Nature Astronomy: http://dx.doi.org/10.1038/s41550-018-0563-4[:]
