En 2023, la Instalación Transitoria de Zwicky, un consorcio astronómico liderado por Caltech, detectó una curiosa señal a las afueras de una galaxia enana a 1.300 millones de años luz de distancia. En un principio todo parecía indicar que se trataba del resultado de una explosión de supernova tipo II.
Siempre es interesante detectar una, pero no es algo inusual. Sin embargo, en cuanto intentaron clasificarla un poco mejor, se dieron cuenta de que tenía muchas cualidades que no encajaban dentro de la definición de este fenómeno. Indagando descubrieron que, en realidad, la señal se corresponde con una de las explosiones más raras que ocurren en el Universo: una supernova de inestabilidad por pares.
Una supernova especial. Las supernovas de inestabilidad por pares son explosiones de supernova que se producen cuando la estrella original es muy masiva y se encuentra en un entorno con baja metalicidad. Además, hay otra gran diferencia. Tras una explosión de supernova habitual, se suelen formar o una estrella de neutrones o un agujero negro. En este caso, en cambio, se puede decir que las estrellas se autodestruyen por completo, sin dejar ningún remanente.
Es un fenómeno rarísimo, muy difícil de detectar. Sin embargo, los autores del estudio que se acaba de publicar esperan, con lo aprendido de este hallazgo, localizar otros eventos similares a partir de los datos obtenidos con el Observatorio Vera Rubin.
La curva de brillo que no cuadraba. Normalmente, cuando se produce una explosión de supernova normal, la curva de brillo tiene forma de meseta. En cambio, en este evento, bautizado como SN 2023vbw, tras un enfriamiento inicial se observó un aumento constante del brillo hasta alcanzar un pico muy brillante alrededor de los 190 días. Después, hasta el día 230 el brillo empezó a disminuir y finalmente sí que se estabilizó en una meseta.
Otros datos que no cuadraban. La energía total de irradiación de este fenómeno fue de 3× 1050 Ergs, una cifra que está más de 10 veces por encima de la de una supernova tipo II. Además, durante el ascenso, la explosión se estabilizó a una temperatura casi constante mientras su capa exterior seguía expandiéndose. Para que esto ocurra debe haber una fuente interna de calentamiento grande y continua, cosa que no ocurre con una supernova tipo II.
Por otro lado, a medida que se desvaneció la supernova, las emisiones que se detectaron no tuvieron nada que ver con las normales de una supernova convencional. Finalmente, la energía cinética fue de 60 a 130 veces mayor que la energía máxima que puede producir una supernova ordinaria.
Dos supernovas muy diferentes. Normalmente, una estrella muy masiva está sometida a dos fuerzas muy potentes. Por un lado, la de la gravedad, que la comprime hacia dentro. Por otro, la de la radiación, que empuja hacia fuera. Ambas fuerzas se mantienen en equilibrio. Sin embargo, cuando la estrella se queda sin combustible para mantenerse “encendida”, disminuye la presión de radiación, por lo que la gravedad presiona fuertemente hacia dentro. Como resultado, la estrella colapsa, dando lugar a una explosión de supernova. Tras ella se puede formar un agujero negro o una estrella de neutrones.
Si la estrella es muy masiva y además se encuentra en un entorno con baja metalicidad, el proceso es ligeramente distinto. Para empezar, en su núcleo se alcanzan temperaturas tan altas que se llega a generar energía suficiente para que los fotones se transformen en un par electrón-positrón. Este fenómeno elimina mucho más súbitamente la presión ejercida por la radiación, de modo que la fuerza ejercida por la gravedad, que es inmensa, provoca el colapso de la estrella y, después, una explosión muy violenta. Tan violenta que se destruye todo, no queda ningún remanente.
La ubicación de SN 2023vbw (círculo magenta) en las afueras de su galaxia anfitriona enana (círculo verde).
El papel de la metalicidad. La baja metalicidad del entorno ayuda porque los metales normalmente absorben la radiación que sale de la estrella, favoreciendo la expulsión de materia hacia fuera. Si hay pocos metales, menos materia se extraerá de la estrella y mayor será su masa.
Una supergigante azul en un entorno con muy baja metalicidad. Las curvas de luz que se detectaron parecen corresponderse con una supergigante azul como punto de partida. Esta estrella muy masiva, que se puede originar por la fusión de dos estrellas en un sistema binario, puede dar lugar a una supernova tipo II. Sin embargo, ya hemos visto que las características no cuadran. Sin embargo, los científicos que analizaron los resultados encontraron la pista que les faltaba. Que la explosión se había producido en un entorno con una metalicidad bajísima. Aproximadamente se correspondía con una décima parte de la del Sol. Es el ingrediente que faltaba para que se produzca una supernova de inestabilidad por pares.
Un fenómeno rarísimo. Este fenómeno es una de las explosiones más raras que ocurren en el Universo. Estrellas muy masivas hay muchas, pero en general están en entornos muy ricos en metales, por lo que no puede darse una supernova de inestabilidad por pares.
Por eso, este hallazgo resulta muy emocionante. Aunque puede que pronto se convierta en algo más habitual. Y no solo por el Observatorio Vera Rubin que ya hemos mencionado. También se espera que el flamante Nancy Grace Roman de la NASA pueda detectar más fenómenos de este tipo cuando empiece a realizar su trabajo. Hasta entonces, detectar estrellas autodestruyéndose de esta manera seguirá siendo incluso más difícil que dar un con aguja en un pajar.
Imagen | Remanente de supernova en portada. Crédito: NASA/CXC/Rutgers/G.Cassam-Chenaï, J.Hughes et al.; Radio: NRAO/AUI/NSF/GBT/VLA/Dyer, Maddalena & Cornwell; Optical: Middlebury College/F.Winkler, NOAO/AURA/NSF/CTIO Schmidt & DSS | Hiramatsu et al.
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La noticia
En 2023 detectamos una explosión absolutamente anómala en los confines del Universo. Ahora sabemos qué pasó
fue publicada originalmente en
Xataka
por
Azucena Martín
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