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Probing a New Type of Stellar Explosion

September 10, 2008

En Espanol

Astronomers have been puzzling over the engine behind the historical 1843 outburst of Eta Carinae since it happened, but new observations with the Gemini South and the Blanco telescopes in Chile add a startling new clue. The new observations reveal faint but extremely fast material indicative of a powerful shock wave produced by the 1843 event, suggesting that its driving mechanism was an explosion rather than a steady wind. The research, led by Nathan Smith of the University of California, Berkeley, shows that the famous nebulosity around the star Eta Carinae contains extremely fast-moving filaments of material that had not been seen before, and are not explained by current theories. The result is featured in the September 11, 2008 issue of the journal Nature.


Figure 1. Gemini GNIRS spectroscopy of a region (spectroscopic slit aperture indicated by white box on HST image, above) of the nebulosity around Eta Carinae. Bottom image shows the resulting position-velocity plot used to determine velocities of gas in the nebula.


The Gemini spectroscopy, obtained with the Gemini Near-Infrared Spectrometer (GNIRS) helped confirm the high speed and geometry of this material and shows that the 1843 outburst released even more energy than previously estimated. In particular, the high speeds require that the 1843 event generated a shock wave analogous to a supernova-type event, but with less energy. The observations revealed far-flung material moving at more than three times faster than the fastest material seen previously (up to 3,500-6,000 kilometers/second). This work has implications for similar events observed in other galaxies where the resulting outbursts have not quite matched the energy of a supernova, and currently lack any theoretical explanation.


Figure 2. This sequence of images show's an artist's conception of the expanding  blast wave from Eta Carinae's 1843 eruption.  The first image shows the  star as it may have appeared before the eruption, as a hot blue supergiant  star surrounded by an older shell of gas that was ejected in a previous  outburst about 1,000 years ago.  Then in 1843, Eta Carinae suffered its  explosive giant outburst, which created the well-known two-lobed  "Homunculus" nebula, plus a fast shock wave porpagating ahead of the  Homunculus.  New evidence for this fast material is reported here.  As  time procedes, both the faster shock wave and the denser Homunculus nebula  expand and fill the interior of the old shell.  Eventually, we see that  the faster blast wave begins to catch-up with and overtake parts of the  older shell, producing a bright fireworks display that heats the older  shell.


More details can be found in the University of California, Berkeley press release and in the Nature paper.

Comprobando un Nuevo Tipo de Explosión Estelar

Los astrónomos han estado escudriñando las causas de la histórica explosión de Eta Carinae desde que esta ocurrió en el año 1843, sin embargo recientes observaciones con los telescopios de Gemini Sur y CTIO/Blanco en Chile han agregado nuevas e importantes pistas. Las nuevas observaciones muestran la existencia de un material apenas visible pero extremadamente rápido que indicaría la existencia de una poderosa onda de choque producida por el evento del año 1843, sugiriendo que el mecanismo de eyección fue más bien una explosión, en lugar de un viento constante. La investigación, liderada por Nathan Smith de la Universidad de California, Berkeley, muestra que la famosa nubosidad alrededor de la estrella Eta Carinae contiene filamentos que se mueven extremadamente rápido, que no se habían visto nunca antes, y que no son explicados por ninguna teoría actual. El resultado se publicó en la edición del 11 de septiembre de 2008 de la revista Nature.


Figura 1. Espectroscopia de una región de la nebulosidad alrededor de Eta Carinae (apertura de la ranura espectroscópica se indica arriba, en el cuadro blanco en la imagen del telescopio especial Hubble - HST). La imagen de abajo muestra el gráfico posición - velocidad resultante utilizado para determinar velocidades de gas en la nebulosa.


La espectroscopia con Gemini, obtenida con el Espectrógrafo en el Infrarrojo Cercano de Gemini (GNIRS en sus siglas en inglés) ayudó a confirmar la alta velocidad y geometría de este material y muestra que la explosion del año 1843 liberó incluso más energía que estimada previamente. En particular, las altas velocidades requieren que el evento de 1843 haya generado una onda de choque análoga a un evento del tipo supernova, pero con menor energía. Las observaciones muestran una cantidad enorme de material que se mueve más de tres veces más rápido que el material más rápido observado con anterioridad. Este trabajo tiene implicaciones para eventos similares observados en otras galaxias donde las explosiones resultantes no han calzado exactamente la energía de una supernova, y que actualmente no cuentan con una explicación teórica.


Figura 2. Esta secuencia de imágenes muestran una interpretación artística de la onda expansiva proveniente de la erupción de Eta Carinae en 1843. La primera imagen muestra a la estrella como podría haber sido antes de la erupción; una supergigante azul caliente rodeada por un ÒcaparazónÒ de gas más viejo y que fue expulsado en una explosion anterior alrededor de 1.000 años atrás. Posteriormente en 1843, Eta Carinae sufrió una explosion gigantesca, la cual creó la conocida nebulosa de dos lóbulos "Homunculus", además de generar una onda de choque rápida que se propaga más alla de Homunculus. Nuevas evidencias de la existencia de este material rápido se presentan aquí. A medida que el tiempo avanza, tanto la onda de choque rápida como la nebulosa más densa de Homunculus se expanden y llenan el interior del viejo ÒcaparazónÒ. Eventualmente, vemos que la onda de expansion más rápida comienza a alcanzar las restantes partes del antiguo ÒcaparazónÓ, produciendo fuegos artificiales brillantes que calientan la capa más antigua.


Más detalles pueden encontrarse en el comunicado de prensa de la Universidad de California, Berkeley y en el artículo de la revista Nature.

Trabajo artístico original de animación de Lynette Cook, imágenes de alta resolución en formato ÒtiffÓ estarán disponibles para la prensa escrita. Créditos: Gemini Observatory, trabajo artístico de Lynette Cook.