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Supernova Remnants Dance in the LMC

January 8, 2008

Gemini Observatory / Multi-Object Spectrograph (GMOS-South) Image

Figure 1: Newly released optical image of DEM L316 made with GMOS on Gemini South. This image was obtained as part of the Gemini Legacy Imaging Survey which is led by: P. Michaud, S. Fisher, and R. Carrasco from Gemini and T. Rector from the Univ. of Alaska at Anchorage.

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The Gemini South Multi-Object Spectograph (GMOS) recently captured a dramatic image of a vast cloud complex named DEM L316 located in the Large Magellanic Cloud. The peanut-shaped nebula appears to be a single object, but the latest research indicates that it is really comprised of two distinct gas and dust clouds formed by different types of supernova explosions.

The new image reveals the intricate tendrils of gas and dust located in the remnants of the stellar explosions that created the still-expanding cloud complex. The object was first recognized in the early 1970s as a supernova remnant, a type of object that is enriched with elements created in stellar explosions. The nebula was likely created a few tens of thousands of years ago by more than one type of supernova exploding in this region of the Large Magellanic Cloud.

S. Points/C. Smith/MCELS/NOAO/AURA/NSF

Figure 2: (background) Wide-field image of DEM L316 and its surroundings in the LMC as seen by the MCELS survey. The inset shows the extent of the new Gemini image.

Full-Resolution TIFF | 5.4mb
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Med-Resolution JPEG | 292kb

"The remarkable clarity of these Gemini-South observations shows the complex shock structure of these two supernova remnants in impressive detail," said Dr. Rosa Williams of Columbus State University, an astronomer who has studied DEM L316 extensively. "It's a great step forward in efforts to understand this fascinating pair of remnants - whether they represent only a chance alignment on the sky or some as-yet uncovered physical relationship."

Other recent observations of DEM L316 by the Chandra and XMM-Newton X-ray space telescopes have strengthened the idea that the cloud is actually two supernova remnants that are aligned in the sky by chance and not a single remnant with a distorted bi-polar shape. The Chandra observations reveal that the chemical compositions of the two shells are very different. This is a strong hint that they were created in very different types of supernova outbursts. The data show that the smaller shell (lower left in the GMOS image) contains significantly more iron than the larger one. The high abundance of iron in the small bubble indicates that the gas is the product of a Type Ia supernova. This type of explosion is triggered by the infall of matter from a star onto a white dwarf. Since white dwarf stars are extremely old objects, the system must have been a few billion years old when this supernova explosion took place.

By contrast, the larger, less iron-rich bubble is the result of a Type II supernova that was triggered by the collapse of a massive star (more than seven times the mass of our Sun) when it was only a few million years old. Since the two progenitor systems had vastly different ages when they “went supernova”, there is little chance they came from the same system. Therefore, while the detailed structure seen in the GMOS image makes it look like the two bubbles are colliding, they only seem to be close together in the sky because of a chance alignment in our line of sight.

The Large Magellanic Cloud is a sister satellite galaxy to our Milky Way and lies about 160,000 light-years away in the direction of the constellation Dorado. The DEM L316 nebula is located within the LMC and its two bubbles extend over a distance of about 140 light-years (roughly 35 times larger than the distance between our Sun and its nearest stellar neighbor).

The spectacular x-ray images of DEM L316 obtained with Chandra can be viewed at: http://chandra.harvard.edu/photo/2005/d316/

DEM L316 was also imaged as part of The Magellanic Cloud Emission Line Survey (MCELS) survey. Wide-field images of the target and its surroundings in the LMC are available here and here.

Rosa Williams of Columbus State University and You-Hua Chu of the University of Illinois published an extensive study of the double supernova remnant in the Astrophysical Journal (ApJ, 635, 1077, 2005). In that paper the authors also review previous work on this target.

Technical Data:

Filter* Color FWHM Exposure Time
[SII] Green 0.58 3x300sec
[OIII] Blue 0.58 3x300sec
H-alpha Red 0.70 3x300sec

Remanentes de Supernova Bailan en La Gran Nube de Magallanes

Observatorio Gemini /Imagen del Espectrógrafo Multi-Objectivo (GMOS-Sur)

Figura 1: Imagen óptica recién publicada del DEM L316 hecha con GMOS en Gemini Sur. Esta imagen se obtuvo como parte del e Gemini Legacy Imaging Survey el que estea dirigido por: P. Michaud, S. Fisher, y R. Carrasco de Gemini además de T. Rector de la Universidad de Alaska en Anchorage.

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El Espectrógrafo Multi Objetivo de Gemini Sur (GMOS) captó recientemente una impactante imagen de un vasto complejo nuboso llamado DEM L316 ubicado en la Nube Grande de Magallanes. La nebulosa en forma de maní parece ser un objeto solitario, pero según las últimas investigaciones, abarcaría dos nubes distintas de gas y polvo formadas por diferentes tipos de explosiones de supernova.

La nueva imagen muestra los enredados tallos de gas y polvo ubicados en los remanentes de las explosiones estelares que crearon el complejo nuboso que continua expandiéndose. Este objeto fue reconocido por primera vez a comienzos de los 70 como un remanente de supernova, un tipo de objeto que está enriquecido con elementos creados en explosiones estelares. La nebulosa probablemente se formó hace un par de 10 mil años atrás a consecuencia de más de una explosion de supernova en esta región de la Nube Grande de Magallanes.

S. Points/C. Smith/MCELS/NOAO/AURA/NSF

Figura 2: (atrás) Imagen con amplitud de campo del DEM L316 y sus alrededores en la LMC vistas así desde el MCELS survey. El inserto muestra la extension de la nueva imagen de Gemini.

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"La increíble claridad de estas observaciones hechas desde Gemini-Sur muestran la compleja estructura de choque de estos dos remanentes de supernova con detalles impresionantes," señala la Dra. Rosa Williams de la Universidad Columbus State, una astrónoma que ha estudiado DEM L316 en profundidad. "Es un gran paso hacia adelante en nuestros esfuerzos para entender este fascinante par de remanentes – ya sea que ellos representen solamente una posibilidad de alineación en el cielo o algunas – todavía encubiertas relaciones físicas “

Otras observaciones recientes de DEM L316 realizadas con Chandra y con los telescopios de rayos X espaciales XMM-Newton, han fortalecido la idea que la nube sería dos remanentes de supernova que están alineados en el cielo y no un único remanente con forma bipolar distorsionada. Las observaciones de Chandra revelan que las composiciones químicas de las dos cubiertas son muy diferentes. Este es un gran indicio que fueron creadas en distintos tipos de explosiones de supernova . Los datos muestran que la cubierta más pequeña (a la izquierda inferior en la imagen de GMOS) contiene significativamente más hierro que la más grande. Esta alta abundancia de hierro en la burbuja pequeña indica que el gas es el producto de supernova de Tipo Ia. Este tipo de explosión se gatilla por la caída de material desde una estrella hacia una enana blanca. Debido a que las enanas blancas son objetos extremadamente viejos, el sistema debe haber tenido un par de billones de años cuando ocurrió esta explosion de supernova.

Por el contrario, la burbuja más grande, menos rica en hierro, es el resultado de una supernova Tipo II que fue gatillada por el colapso de una estrella masiva ( con una masa superior siete veces a la masa de nuestro Sol) cuando tenía apenas un par de millones de años . Ya que los dos sistemas progenitores tenían distintas edades cuando “se hicieron supernova”, existen pocas posibilidades que hayan provenido del mismo sistema. Por ello, si bien la detallada estructura vista en la imagen de GMOS hace verlas como dos burbujas que chocan, sólo parece ser que están juntas en el cielo por un alineamiento de nuestro punto de visión.

La Nube Grande de Magallanes (LMC por sus siglas en inglés) es una galaxia satélite hermana a nuestra Vía Láctea y se ubica alrededor de 160.000 años luz de distancia en dirección a la constelación Dorado. La nebulosa DEM L316 se ubica dentro de la LMC y sus dos burbujas se extienden sobre una distancia cercana a los 140 años luz (aproximadamente 35 veces más grande que la distancia entre el Sol y nuestra vecindad estelar más cercana).

Las espectaculares imágenes de rayos x DEM L316 obtenidos con Chandra pueden ser vistos en: http://chandra.harvard.edu/photo/2005/d316/

DEM L316 también fue fotografiada como parte del The Magellanic Cloud Emission Line Survey (MCELS) survey. Imágenes con amplitud de campo del objetivo y sus alrededores en el LMC están disponibles acá y acá.

Rosa Williams de la Universidad de Columbus State y You-Hua Chu de la Universidad de Illinois publicaron un extenso estudio de los remanentes de la doble supernova en el Astrophysical Journal (ApJ, 635, 1077, 2005). En ese paper también se repasan previos trabajos realizados a este objetivo.

Technical Data:

Filter* Color FWHM Exposure Time
[SII] Green 0.58 3x300sec
[OIII] Blue 0.58 3x300sec
H-alpha Red 0.70 3x300sec