En solo tres semanas desde su descubrimiento el 21 de enero de 2014, se ha aprendido mucho sobre la nueva supernova SN 2014J en Messier 82, la galaxia "Cigar". Además de la confirmación temprana basada en su espectro de que en realidad es una supernova de tipo Ia, ahora se entiende que es la explosión de tipo Ia más cercana a nuestra galaxia, la Vía Láctea desde 1986.
Su proximidad única por sí sola hace que SN 2014J sea la supernova más importante jamás observada. Afectará nuestra comprensión tanto de la clase de supernovas de tipo Ia como del Universo en su conjunto, porque el tamaño, la edad y el destino final de nuestro Universo están íntimamente relacionados con las observaciones de supernovas de tipo Ia, y porque la precisión con la que pueden ser aplicado para estimar distancias a escala universal depende crucialmente de los ejemplos más cercanos. Es muy probable que SN 2014J siga siendo el punto de anclaje más cercano en la escala de distancia basada en supernovas de tipo Ia en las próximas décadas.
"Siendo la supernova más cercana de este tipo, SN 2014J nos ayudará a calibrar mejor la expansión del Universo", dijo Adam Riess, co-líder del proyecto Supernova H0 para la Ecuación de Estado (SHOES) y co-ganador del Premio Nobel de Física 2011.
Las observaciones de las supernovas de tipo Ia llevaron al descubrimiento de que nuestro Universo está hecho principalmente de energía oscura, y que su tasa de expansión aparentemente se está acelerando. Ese descubrimiento le valió el Premio Nobel de Física 2011 por Riess, Saul Perlmutter y Brian Schmidt.
Medir cada vez con mayor precisión la tasa de expansión exacta de nuestro Universo ha sido el Santo Grial de la cosmología desde el descubrimiento de la expansión de Hubble en 1929. El tipo Ia es perfecto para sondear distancias de escala cosmológica, porque estas explosiones estelares ocurren solo cuando las estrellas enanas blancas exceden cierta masa crítica, equivalente a 1,4 masas solares.
Como resultado, la mayoría de las supernovas de tipo Ia explotan con aproximadamente la misma magnitud intrínseca o absoluta. Por lo tanto, proporcionan un tipo único de "vela estándar", por el cual cualquier supernova de tipo Ia observada cien veces más débil que otra puede entenderse exactamente diez veces más lejos que la otra. En la práctica, se tienen en cuenta las sutiles diferencias entre las supernovas reales de tipo Ia, que suman aproximadamente un diez por ciento en promedio en su efecto neto sobre las estimaciones de distancia. Técnicamente, por lo tanto, la supernova de tipo Ia proporciona "velas estandarizables".
Las supernovas normales de tipo Ia se conocen bien. Pocos días después de su descubrimiento, Robert Quimby, del Instituto Kavli de Física y Matemáticas del Universo de la Universidad de Tokio, pudo predecir la magnitud aparente máxima de m_V = 10.5 y el tiempo de brillo máximo del 2 de febrero para SN 2014J, más de una semana antes de su ocurrencia. Como muestran las observaciones ahora disponibles, tal como se resume en la curva de luz disponible gracias a la Asociación Americana de Observadores de Estrellas Variables, la predicción de Quimby basada en las curvas de luz de otra supernova de tipo Ia similar, fue acertada (ver Figura 1, más abajo).
Si bien SN 2014J es una supernova de tipo Ia normal, su curva de luz revela que está muy enrojecida, como atenuada y oscurecida por grandes cantidades de polvo presentes e interviniendo en su galaxia anfitriona. La cantidad de enrojecimiento se indica por la diferencia entre las magnitudes azul y visual. Conocido como extinción, medido como E = (B-V), para SN 2014J la extinción asciende a ~ 1.3 mag. Eso se compara con la próxima supernova de tipo Ia más reciente, SN 2011fe en la galaxia Messier 101, a 23 millones de años luz (7.0 Megaparsecs). Su curva de luz muestra que SN 2011fe se enrojeció muy poco en comparación, es decir, tanto el espectro como el color son normales.
La fecha de la primera luz de la explosión de SN 2014J ahora se estableció como 14.72 UT de enero, alrededor de una semana antes del descubrimiento el 21 de enero. Eso se informó en uno de al menos dos artículos ya publicados en línea sobre SN 2014J, el de WeiKang Zheng et al., y que ya se ha enviado a Astrophysical Journal Letters (ver e-print aquí). SN 2014J es una de las cuatro supernovas de tipo Ia con observaciones tan pronto como un día después de la primera luz, mencionando las otras SN 2011fe y SN 2009ig en galaxia NGC 1015 a 130 millones de años luz (41 Megaparsecs), y SN 2013dy en galaxy NGC 7250 a 46 millones de años luz (14 Megaparsecs).
Dos rivales para las supernovas recientes más cercanas de tipo Ia, SN 1972E en la galaxia NGC 5253 y SN 1986G en NGC 5128, la galaxia Centaurus A, se citaron temprano. Sin embargo, tampoco se argumenta que sean directamente relevantes para el punto cero de la escala de distancia actual porque tampoco tienen observaciones modernas, completas, de múltiples bandas y de varias épocas, incluidas las observaciones previas al máximo, que son la quintaesencia para definir supernovas de tipo cero de punto cero, y datos que ahora se está reuniendo para SN 2014J. Por ejemplo, SN 2002fk en la galaxia NGC 1309 a 100 millones de años luz (31 Megaparsecs) es una de las ocho supernovas de tipo Ia empleadas como calibradores de punto cero, debido a sus datos completos, de múltiples épocas, curvas de luz de múltiples bandas, tal como se emplea, por ejemplo, en Riess et al. (ver: 2011ApJ ... 730..119R).
En términos de qué supernova de tipo Ia reciente era relativamente más cercana, las distancias a las galaxias involucradas se pueden estimar basándose en el análisis de todas las estimaciones de distancia independientes del desplazamiento al rojo que se han publicado para las galaxias desde 1980, lo que significa en la era moderna usando CCD y incluyendo observaciones basadas en el telescopio espacial Hubble de la NASA. Dichas estimaciones de distancia de galaxias están tabuladas en la Base de Datos Extragaláctica de NASA / IPAC de Distancias de galaxias (NED-D).
Galaxy Messier 82, el anfitrión de SN 2014J, se encuentra a 12.0 millones de años luz (3.6 Megaparsecs), basado en la media de tres tipos de indicadores de distancia que emplean 8 estimaciones diferentes. La desviación estándar entre esos indicadores es de ~ 10%.
Galaxy NGC 5128, el host de SN 1986G, también se encuentra a 12.0 millones de años luz, basado en 11 indicadores diferentes que emplean 46 estimaciones de distancia diferentes, y también con una desviación estándar entre los indicadores de ~ 10%. Entonces, dentro de la precisión de los indicadores, ambas supernovas ocurrieron esencialmente a la misma distancia, confirmando que SN 2014J es la más cercana desde SN 1986G. Galaxy NGC 5253, el anfitrión de SN 1972E, es en realidad la galaxia más cercana, con 11.0 millones de años luz (3.4 Megaparsecs) conocida por haber alojado una supernova de tipo Ia en la era moderna, basada en 6 indicadores con 48 estimaciones.
La explicación de su atenuación debido al polvo en Messier 82 es solo una parte de varios involucrados en la aplicación de datos de SN 2014J para estimar su distancia. Las observaciones futuras de su magnitud decreciente revelarán su curva de luz completa. Eso permitirá estimar el tiempo de disminución y los factores de estiramiento de la curva de luz. Una vez que estos estén disponibles, dentro de las próximas semanas a varias como máximo, SN 2014J comenzará a usarse como el punto de anclaje de supernova de tipo Ia más cercano.
Sin embargo, más que un hito que una piedra de Rosetta, SN 2014J tendrá un impacto de legado duradero en futuras aplicaciones de observaciones de supernovas de tipo Ia en cosmología. Será especialmente significativo para mejorar el uso de la supernova de tipo Ia como indicadores de distancia cosmológicos. Eso es importante para los proyectos en curso, incluido el proyecto SHOES, el Programa Carnegie Hubble y otros, todos los cuales tienen como objetivo medir la tasa de expansión del Universo o la constante de Hubble con una precisión de más del uno por ciento en la próxima década. Se requiere ese nivel de precisión para comprender no solo el tamaño y la edad exactos de nuestro Universo, sino también la Ecuación de Estado exacta que rige la energía total de nuestro Universo, incluida su energía oscura.
