The faintest hiss from space reveals the past of Supernova SN 1987A

Artist’s impression of the supernova flare seen in the Large Magellanic Cloud on 23 February 1987. Credit: CAASTRO / Mats Björklund (Magipics).

Astronomers have managed to peer into the past of a nearby star millions of years before its famous explosion, using a telescope in remote outback Australia at a site free from FM radio interference. The Research led by a student at the University of Sydney, and including an international team of astronomers observing the region at the lowest-ever radio frequencies, has helped fine-tune our understanding of stellar explosions. The findings have been published in the journal Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.

The research paints a picture of the star's life long before its death in what was the closest and brightest supernova seen from Earth in modern times, now known as supernova remnant 1987A (SN 1987A), which collapsed spectacularly almost 30 years ago.

Artist’s impression of the star in its multi-million year long and previously unobservable phase as a large, red supergiant. Credit: CAASTRO / Mats Björklund (Magipics).

Much had been known about the immediate past of this star through studying the cosmic ruins resulting from the star's collapse in 1987, which occurred in a neighbouring galaxy, the Large Magellanic Cloud. However it was the detection of the very faintest of hisses through low-frequency radio astronomy that has provided the latest insights. Previously, only the final fraction of the dead star's multi-million-year-long life, about 0.1%, or 20,000 years had been observable.

This latest research – which has enabled astrophysicists to probe the supernova's past life millions of years further back than was previously possible – was led by Joseph Callingham, a PhD candidate with the University of Sydney and the ARC Centre of Excellence for All-Sky Astrophysics (CAASTRO), under supervision from former Young Australian of the Year and former CAASTRO Director Prof Bryan Gaensler, now at the University of Toronto.

Operating the Murchison Widefield Array in the West Australian desert, the radio astronomers were able to 'see' right back to when the star was in its long-lasting red supergiant phase.

Mr Callingham explained previous studies focused on material that was ejected into space when the star was in its final blue supergiant phase. "Just like excavating and studying ancient ruins that teach us about the life of a past civilisation, my colleagues and I have used low-frequency radio observations as a window into the star's life," he said.

Remnant of Supernova 1987A seen in light of very different wavelengths.
ALMA data (in red) shows newly formed dust in the centre
of the remnant. Hubble (in green) and Chandra (in blue). Credit: ESO

Researchers found the red supergiant lost its matter at a slower rate and generated slower winds that pushed into its surrounding environment than was previously assumed.

"Our new data improves our knowledge of the composition of space in the region of SN 1987A; we can now go back to our simulations and tweak them, to better reconstruct the physics of supernova explosions," said Mr Callingham.

Professor Gaensler explained that key to gaining these new insights was the quiet environment in which the radio telescope is located. "Nobody knew what was happening at low radio frequencies, because the signals from our own earthbound FM radio drown out the faint signals from space. Now, by studying the strength of the radio signal, astronomers for the first time can calculate how dense the surrounding gas is, and thus understand the environment of the star before it died."

Sources: RAS, ARC Centre of Excellence for All-sky Astrophysics (CAASTRO), Curtin Institute of Radio Astronomy | Curtin University Australia, Wikipedia

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Un débil silbido desde el espacio revela el pasado de la supernova SN 1987A 

Supernova SN 1987A, one of the brightest stellar explosions
since the invention of the telescope more than 400 years ago.
Credit: ESA/Hubble & NASA.

Los astrónomos han conseguido ver el pasado de una estrella millones de años antes de su famosa explosión, usando un telescopio remoto en el interior de Australia en un lugar lejos de las interferencias de radio FM. El estudio liderado por un estudiante de la universidad de Sídney, y que incluye un equipo de astrónomos internacionales que estudian la región de las radiofrecuencias más bajas posibles, ha ayudado a afinar nuestros conocimientos de las explosiones estelares. Los hallazgos se han publicado en la revista Monthly Notices of the Royal Astronomical Society. 

Esta investigación nos muestra el panorama de la vida de la estrella mucho antes de su muerte en lo que fue la más cercana y brillante supernova vista desde la Tierra en la edad moderna, y que se ahora se la conoce como los restos de la supernova 1987ª (SN 1987A), y que colapso de forma espectacular hace casi 30 años.

Mucho se sabía acerca del pasado inmediato de esta estrella por medio del estudio de las ruinas cósmicas originadas del colapso de la estrella en 1987, y que ocurrió en la vecina galaxia de la Gran Nube de Magallanes. Sin embargo, ha sido la detección del más débil de los silbidos por medio de una baja frecuencia en radio astronomía que ha proporcionado las ultimas revelaciones. Previamente, tan solo una fracción final de la multi-milenaria vida de la difunta estrella ha podido ser obersevable, como un 0,1% de esta o 20.000 años de observables. 

Este estudio reciente – que ha posibilitado a los astrofísicos el adentrase en el pasado de la supernova por millones de años atrás de lo que antes se había logrado – ha sido liderado por Joseph Callingham, un candidato a Doctor en la Universidad de Sídney y perteneciente al ARC Centre of Excellence for All-Sky Astrophysics (CAASTRO), bajo la supervisión de un joven que fue Australiano del año y exdirector del CAASTRO el Profesor Bryan Gaensler, y ahora en la Universidad de Toronto. 

Manejando el Murchison Widefield Array en el desierto de Australia Oriental, los radio astrónomos han podido ver justo cuando la estrella estaba en su fase prolongada de supergigante roja.

ESA Hubble animation of Supernova 1987A 

Mr Callingham explico que estudios anteriores se centraban en el material expulsado al espacio cuando la estrella estaba en su fase de supergigante azul. “Es como excavar ruinas ancestrales y estudiarlas para ver que nos cuenta sobre una civilización del pasado, mis compañeros y yo hemos usado bajas frecuencias en radio observaciones como una ventana en la vida de la estrella.” Aseguró. 

Los investigadores han visto que la supergigante roja perdió su masa a un ritmo lento y generó vientos más lentos de los que se presumían sobre el medioambiente de sus alrededores. 

“Nuestra información nueva mejora el conocimiento de lo que sabemos de la región de SN 1987A; ahora podemos ir hacia atrás en las simulaciones y ajustarlas, para así reconstruir mejor la física de la explosión de las supernovas,” dijo Mr Callingham. 

El profesor Gaensler explicó que la clave de poder adquirir estos conocimientos fue el medioambiente tan callado en el que el radiotelescopio está localizado. “Nadie supo que pasaba en baja radio frecuencias, porque las propias señales que originan desde la Tierra por culpa de la radio en FM ahogaba las débiles señales del espacio. Ahora, con el estudio de la fuerza de la radio señal, los astrónomos por vez primera han podido calcular lo densa que era la nube de gas que la envolvía, y por lo tanto entender el medioambiente de la estrella antes de morir.” 

Sources: RAS, ARC Centre of Excellence for All-sky Astrophysics (CAASTRO), Curtin Institute of Radio Astronomy | Curtin University Australia, Wikipedia.

VIDEO: The team describe the result, and show an animation of how the older material from the star's red supergiant phase is being pushed along by younger material and by the shock from the supernova. Credit: CAASTRO