¿Existe alguna posibilidad de que lleguemos a observar la supernova de las primeras estrellas (Población III)

Question

En respuesta a mi pregunta anterior sobre las primeras estrellas se afirmó que probablemente se formaron entre Z=20 y Z=60 y que pueden haber tenido una masa entre decenas, centenas y miles de veces la masa del Sol.

Dado esto, ¿cuál sería la longitud de onda dominante de la luz emitida por estas supernovas y aproximadamente cuán brillantes serían en el marco de referencia de la supernova?

¿Cuál sería la longitud de onda y el brillo de esas supernovas si las observáramos hoy?

¿Existe alguna posibilidad de que un telescopio actual, un telescopio previsto o un telescopio futuro razonablemente posible pueda detectar estas supernovas?

Para este telescopio, ¿sería el campo de visión tan estrecho que sería improbable que viéramos alguna vez una de esas supernovas en un tiempo razonable?

Answer 1

La respuesta corta es probablemente "sí podemos", y posiblemente "ya hemos visto supernovas de las primeras galaxias", en forma de estallidos de rayos gamma de larga duración. GRB 090429B ha recibido un desplazamiento al rojo z=9,4, superando al anterior recordman GRB 090423 a z=8,2. A medida que sigamos observando los cielos, veremos cada vez más objetos de este tipo, y poco a poco iremos alejando el límite. No sé qué establece el límite superior de la distancia a la que podemos ver los GRB, pero no creo que sea un problema de cobertura: Swift cubre algo así como una décima parte del cielo.

Obsérvese que, a pesar de los elevados desplazamientos al rojo, probablemente no sean lo bastante altas como para ser las primeras estrellas. Si alguien informara de un GRB largo a z=15, entonces lo consideraría más probable.

No soy observador, así que no estoy seguro de qué colores y magnitudes suelen asociarse a la supernova, pero puedo intentarlo. Con un poco de Google, Página de Daniel Kasen sugiere que son relativamente brillantes en la mayoría de las bandas. Creo que en las ópticas es donde más se ven, pero podría tratarse de un efecto de selección. Creo que, hasta ahora, hemos encontrado supernovas de tipo Ia hasta z=1,5 aproximadamente. Ese límite se está ampliando, pero no estoy seguro de cómo. (¿Posiblemente una espectroscopia IR mejorada a partir de un servicio Hubble?) El brillo global de las supernovas es del orden de 10 $^{51}$ ergs. Los de tipo Ia tienen una magnitud visual absoluta típica de -19,3, según Wiki .

En cuanto a otros tipos de supernovas, sospecho que a medida que se aleja, aislar una sola supernova en una imagen de galaxia de baja resolución es un obstáculo importante, pero eso es pura especulación por mi parte. Es decir, la supernova tiene que ser mucho más brillante que la galaxia que la rodea. Afortunadamente, creo que este es el caso de los GRB, pero lo dudo para otras supernovas.

Estoy mucho menos informado sobre esto que en mi respuesta anterior, así que acepto correcciones.

Answer 2

A artículo reciente de Dan Whalen titulada, Encontrar las primeras explosiones cósmicas. I. Supernovas de inestabilidad de pares aborda este mismo problema.

En supernova de inestabilidad de pares (PISNe) es un caso especial de estrellas masivas, de alrededor de 100 $M_\odot$ en el que la presión térmica en el interior de la estrella se reduce mediante la producción de pares electrón-positrón. El resultado es una combustión termonuclear descontrolada, muy parecida a la de las SNe de tipo Ia, que produce del orden de $10^{53}$ ergios de energía. La diferencia aquí es que ahora la estrella que explota no deja ningún resto degenerado porque la energía liberada desliga completamente la estrella.

La luminosidad bolométrica de las PISNe alcanza su máximo en torno a $10^{46}$ erg/s, unos 3 órdenes de magnitud mayor que el típico Tipo Ia. Con el desplazamiento al rojo, los fotones de $z\simeq7$ hasta ahora, esperamos que la señal se encuentre en las bandas de ondas NIR con un magnitud alrededor del 28. Actualmente, no existe ningún observatorio capaz de detectarlas.

Sin embargo, próximamente habrá un observatorio que podría detectarlas: Telescopio espacial James Webb (JWST), con un umbral de 32 magnitudes. Este telescopio debería ser capaz de detectar los restos de PISNe. También parece que el Telescopio de rastreo infrarrojo de gran campo (WFIRST) está a punto de ser construido y lanzado, pero este telescopio tiene pocas posibilidades de observar PISNe en un límite de detección de 27 magnitudes.

También parece que SN 2007bi es un PISNe (véase este documento ). Los datos se tomaron en el Observatorio Palomar con un telescopio de 1,2 m en el Banda R .