SN2017cbv, sin un níquel a su nombre

Cuando explotó la supernova SN 2017cbv subí mi medición inicial del brillo a la American Asociation for Variable Star Observers. Un puñado de otros observadores se me unieron. El mal tiempo otoñal y el posterior viaje al hemisferio norte me impidieron hacer más de tres observaciones. Pero con los datos de los otros observadores podemos ver la evolución del brillo de la supernova, desde su temprana detección un par de semanas antes de alcanzar el máximo, hasta las que veo al momento de escribir esto, a fines de junio.

Cada estrella de esta figura es una observación. Las mías son las tres azules un poco más grandes. Los colores corresponden a cada observador. Son todos datos de la AAVSO, excepto las más tempranas, que son telegramas astronómicos (sí, se llaman así aunque por supuesto no son telegramas, es un sistema en la Web).

Vemos que la supernova aumentó rapidísimo de brillo desde su descubrimiento a magnitud 16 hasta que yo la observé a magnitud 11.5, diez días después. Esas 4.5 magnitudes corresponden a un factor 63 de brillo, que siguió creciendo hasta rozar la undécima magnitud unos 20 días después de la explosión.

La secuencia de eventos es bastante complicada. Primero hay un pulso (invisible) de rayos X debido a la explosión termonuclear que consume en segundos todo el carbono y oxígeno de la enana blanca. Esto produce una bola ardiente en expansión de cenizas termonucleares, en gran parte níquel-56 y cobalto-56, ambos radiactivos. La bola de fuego se expande y amaga con enfriarse en un par de días, pero la radiactividad la recalienta desde adentro y el brillo sube y sube hasta alcanzar un máximo.

El decaimiento radiactivo del níquel-56 es muy rápido: en apenas 6 días la mitad de todos sus átomos (¡inicialmente casi una masa solar!) se han convertido en cobalto-56. Que también es radiactivo, pero con una vida media 10 veces más larga. Así que lo que se ve es un fenómeno típico de la física nuclear: un decaimiento exponencial de la radiactividad. Como la escala de magnitudes es logarítimica, el logaritmo de la exponencial resulta en un decaimiento lineal de la magnitud, exactamente como señalé en el gráfico.

Primero hay un decaimiento rápido (dominado por el del níquel), pero un par de meses después de la explosión ya la cantidad de níquel radiactivo es menos del 1% de la original. Queda todavía un montón de cobalto, que decae más lentamente, así que la pendiente cambia haciéndose 10 veces más lenta, como se ve.

Esta curva de luz de las supernovas de tipo Ia es sorprendentemente robusta. Más aún, cuando uno convierte la magnitud aparente (la que vemos) en magnitud absoluta (verdadero brillo, independiente de la distancia), son todas increíblemente parecidas. No iguales: las que son un poco más brillantes decaen un poco más lento (ver la figura de aquí al lado, cuadro superior). La verdad que no se conocen exactamente los procesos que son responsables de esto. Pero los astrónomos aprendieron a manipularlas matemáticamente de manera que todas las curvas coincidan, como se ve en el cuadro inferior. Así pueden usarlas como "candelas estándar" (estandarizables, estrictamente). Calibrando las distancias de las más cercanas con algún método independiente, les permite calcular la distancia a las más lejanas, aunque ocurran del otro lado del universo. A Saul Perlmutter (el que aparece citado en la figura) le valió el Premio Nobel en Física en 2011 al descubrir de esta manera que la expansión del universo se está acelerando.

Es maravilloso que esta secuencia de eventos se imaginó en la década de 1960, con lápiz y papel y computadoras que hoy darían risa. Y que no fue verificado por observaciones hasta décadas después (los rayos gamma del decaimiento del cobalto-56 se observaron recién en 2014), y que recién en los 90s se empezó a entender en detalle la explosión de las supernovas de los distintos tipos, aunque queda mucho por saber y por observar.

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El título de la nota se refiere a la expresión en inglés acerca de no tener "a nickel to my name," que significa no tener un mango (un "duro" en España, etc.). Un nickel es una moneda de 5 centavos. También se escucha "a penny to my name" o "two pennies to rub together". Ésta última se entiende fácilmente, pero lo de "to my name" nunca lo entendí ("a mi nombre", ¿como si fuera una casa?). Está en un relato de Jack London sobre su vida como hobo (croto, en lunfardo).

El gráfico de la estandarización de la curva de luz lo tomé de unas clases de Astronomy 301 de James Lattimer.