Nuove scoperte sulle interazioni tardive nelle supernovae di tipo Ia

Le supernovae di tipo Ia (SNe Ia) sono importanti per capire l'universo perché possono essere usate per misurare distanze nello spazio. Però, i dettagli delle stelle che esplodono come SNe Ia e come esplodono non sono ancora del tutto chiari. Un aspetto che i ricercatori studiano è il materiale che circonda queste stelle esplodenti, noto come Materiale circumstellare (CSM).

Quando si verifica una supernova, l'esplosione può interagire con questo materiale circostante. Questa interazione potrebbe creare un segnale o aumentare la luminosità della luce della supernova in determinati momenti. La maggior parte delle ricerche finora si è concentrata sulla ricerca di CSM espulso poco prima dell'esplosione. Questo significa che ci si aspettava che i segni di interazione apparissero presto dopo l'esplosione.

In questo studio, vogliamo trovare segni di interazione che avvengono molto più tardi, specificamente oltre 100 giorni dopo che la supernova raggiunge il suo picco di luminosità. Da un grande dataset di 3.627 SNe Ia trovati dal Zwicky Transient Facility (ZTF) tra il 2018 e il 2020, abbiamo cercato segni di interazione tardiva.

#Metodologia

Abbiamo analizzato attentamente le Curve di Luce delle SNe Ia nel nostro campione. Una curva di luce è un grafico che mostra come la luminosità della supernova cambia nel tempo. Combinando i dati tardivi, abbiamo cercato di massimizzare le possibilità di rilevare eventuali segnali tardivi. Questo significa unire dati di giorni diversi per spingere i nostri limiti di rilevamento più in profondità.

Durante la nostra analisi, abbiamo scoperto potenziali riaccensioni tardive in tre SNe Ia specifiche: SN 2018grt, SN 2019dlf e SN 2020tfc. Questi segnali tardivi sono stati rilevati tra i 550 e i 1450 giorni dopo il picco di luminosità dell'esplosione. La luminosità di questi segnali variava da 16.4 a 16.8 magnitudini nella banda r, che è significativamente più luminosa delle precedenti interazioni tardive osservate in studi passati.

#Risultati

Le rilevazioni sono avvenute tutte in prossimità del centro delle loro galassie ospiti, rendendo improbabile che siano state causate da altri eventi astronomici come nuclei galattici attivi o transienti non correlati. Questo suggerisce che fattori ambientali o caratteristiche uniche dei sistemi progenitori potrebbero influenzare la produzione di questi segnali di interazione tardiva.

Dai nostri modelli del sondaggio ZTF, stimiamo che solo circa lo 0,5% delle normali SNe Ia mostri interazioni significative con il CSM in un periodo tardivo. Questo si traduce in una stima di 0,2-0,4 Gpc all'anno, dato un tasso costante di SNe Ia di 0,03 Mpc all'anno.

#Tipi di supernovae di tipo Ia

Le supernovae di tipo Ia hanno diverse forme; possono differire in luminosità e caratteristiche spettrali. Alcune di queste variazioni non possono essere spiegate dai modelli standard usati per la maggior parte delle SNe Ia. Una di queste variazioni coinvolge eventi che interagiscono con materiale circumstellare, portando a curve di luce insolite. Il primo esempio noto di questo è stato SN 2002ic, che mostrava segni di interazione.

Le caratteristiche di queste interazioni possono variare notevolmente, con alcune SNe Ia che mostrano un lento declino di luminosità, mentre altre possono mostrare comportamenti più complessi. Un esempio ben studiato di un evento Ia-CSM è SN 2011km, dove è stata osservata l'interazione con una complessa bolla di materiale.

#Sfide Osservative

Cercare segni di interazione tardiva presenta diverse sfide. Le SNe più vecchie non vengono tipicamente monitorate attivamente, rendendo più facile che le interazioni tardive vengano trascurate. Gli sforzi di ricerca hanno utilizzato telescopi avanzati e tecniche di imaging per catturare interazioni tardive, ma il successo è stato limitato.

Studi precedenti che hanno utilizzato il Telescopio Spaziale Hubble hanno trovato solo un paio di casi di interazioni tardive con il CSM tra molti obiettivi. Questo indicava che è raro catturare queste interazioni a meno che non si adotti un approccio sistematico e completo.

Il ZTF offre un'opportunità unica poiché monitora frequentemente il cielo e cattura una vasta gamma di eventi transitori in tempo reale. La profondità e l'efficienza del ZTF lo rendono uno strumento potente per rilevare rare sottoclassi di supernovae, comprese quelle che mostrano interazioni tardive.

#Elaborazione e Analisi dei Dati

Per analizzare efficacemente i dati delle curve di luce, abbiamo utilizzato una pipeline personalizzata. Questa pipeline elabora i dati per identificare eventuali eccessi di luminosità tardivi che potrebbero segnalare interazioni con il CSM. Abbiamo utilizzato tecniche di binning che consentono limiti di rilevamento più profondi, combinando punti dati su vari intervalli di tempo per migliorare il rapporto segnale-rumore.

Dopo aver elaborato le curve di luce, abbiamo effettuato ispezioni visive per escludere false rilevazioni causate da errori di elaborazione dei dati o altri eventi non correlati.

#Risultati dello Studio

Nella nostra analisi, abbiamo confermato la presenza di segnali di interazione tardiva in tre SNe Ia. Per SN 2018grt, la rilevazione tardiva è iniziata a 1350 giorni dopo il picco di luminosità. Il segnale è stato stabile per un certo periodo prima di tornare a zero.

SN 2019ldf ha avuto le sue rilevazioni tardive che sono iniziate a 1050 giorni post-picco e ha mostrato un forte segnale nella banda r. Questo comportamento della curva di luce di questa SN supporta ulteriormente la probabilità di interazione tardiva con il CSM.

Infine, SN 2020tfc ha mostrato segnali tardivi in tutte le bande osservate (g, r e i), iniziando a 550 giorni dopo il picco.

I punti di forza dei segnali rilevati erano notevolmente più forti di quelli visti in eventi precedenti, come SN 2015cp, il che suggerisce che forti interazioni tardive nelle SNe Ia potrebbero essere più comuni di quanto si pensasse in precedenza.

#Discussione sulle Interazioni Tardive

Le caratteristiche delle interazioni tardive osservate in SN 2018grt, SN 2019ldf e SN 2020tfc implicano una connessione diretta con l'ambiente circostante di queste supernovae. La prossimità dei segnali alle galassie ospiti solleva domande sulla storia evolutiva delle stelle progenitrici e sulla natura del materiale che le circonda.

Le interazioni tardive che abbiamo osservato suggeriscono che il materiale potrebbe essere stato espulso molto prima dell'esplosione della supernova. La distanza e le caratteristiche di questo materiale possono influenzare significativamente la presenza di segnali di interazione tardiva.

#Conclusione

I nostri risultati evidenziano la rarità e l'importanza delle interazioni tardive nelle SNe Ia. Dato che abbiamo osservato tali eventi solo in una piccola frazione delle SNe Ia esaminate, ciò sottolinea la necessità di un monitoraggio continuo delle supernovae ben oltre il loro picco di luminosità.

Le curve di luce del nostro campione suggeriscono che le interazioni con il materiale circumstellare possono avvenire significativamente dopo l'esplosione iniziale, rivelando nuove intuizioni sui cicli di vita di queste stelle. I lavori futuri si concentreranno su sondaggi più approfonditi e strategie osservative migliorate per scoprire più casi di interazione tardiva nelle SNe Ia e affinare la nostra comprensione dei processi sottostanti.

Con il progresso della tecnologia osservativa, specialmente con nuovi progetti telescopici all'orizzonte, possiamo attenderci scoperte ancora più emozionanti nel campo delle supernovae e delle loro interazioni con il materiale circostante.

La ricerca continua approfondirà la nostra conoscenza dei meccanismi dietro queste esplosioni e il loro ruolo nell'evoluzione cosmica, contribuendo a un quadro più ampio su come l'universo si comporta su scale temporali immense.