Observar el Universo a menudo significa contemplar fenómenos que ocurrieron hace millones de años. Pero a veces se presenta la oportunidad de capturar un evento cósmico casi en directo, como si asistieramos en tiempo real a la transformación de una estrella. Esta posibilidad rara se materializó recientemente para astrónomos que pudieron observar un momento crucial en la vida de una estrella masiva.
Gracias al Very Large Telescope del Observatorio Europeo Austral, un equipo internacional pudo captar la explosión de una estrella en el preciso momento en que esta rompía su superficie. Esta observación, realizada solo 26 horas después de la detección inicial de la supernova, representa una primicia en la historia de la astronomía. La rapidez de intervención fue determinante, pues esta fase transitoria dura solo unas horas antes de volverse indetectable. La estrella en cuestión, situada a unos 22 millones de años luz en la galaxia NGC 3621, ofrecía una oportunidad excepcional para estudiar los primeros instantes de una explosión estelar.
Representación artística de una estrella convirtiéndose en supernova. La supernova SN 2024ggi explotó en la galaxia NGC 3621. Las observaciones revelaron que la explosión inicial adoptaba una forma de aceituna.
Crédito: ESO/L. Calçada El descubrimiento de esta supernova desencadenó una carrera contra reloj para los astrónomos. Yi Yang, profesor de la Universidad Tsinghua, presentó una propuesta de observación menos de doce horas después de ser informado del evento. La rápida aprobación del ESO permitió apuntar el telescopio hacia la supernova naciente, capturando así datos valiosos sobre su geometría inicial. Esta reactividad excepcional fue posible gracias a la colaboración internacional.
La técnica utilizada para esta observación, la espectropolarimetría, permitió revelar detalles invisibles de otra manera. Aunque la estrella explosiva aparece como un simple punto luminoso desde la Tierra, el análisis de la polarización de su luz desveló su forma tridimensional. Este método explota el hecho de que la luz emitida por objetos no esféricos presenta características de polarización específicas que delatan su geometría.
Los datos recogidos mostraron que la explosión inicial presentaba una forma sorprendente de aceituna, revelando una simetría axial bien definida. Esta configuración geométrica particular sugiere la existencia de mecanismos físicos comunes que rigen la explosión de las estrellas masivas. A medida que la explosión progresa y choca con la materia circundante, su forma se aplana pero conserva su eje de simetría original, proporcionando así pistas valiosas sobre los procesos internos.
Este descubrimiento permite a los astrónomos refinar sus modelos teóricos sobre el final de la vida de las estrellas masivas. La estrella origen de SN 2024ggi era una supergigante roja, aproximadamente doce a quince veces más masiva que nuestro Sol y quinientas veces más grande. La comprensión de estas explosiones ayuda a aprehender mejor el ciclo de vida estelar y la manera en que los elementos pesados se dispersan en el espacio para formar nuevas generaciones de estrellas y planetas.
Imagen que muestra la ubicación de la supernova SN 2024ggi en la galaxia NGC 3621, tomada 26 horas después de su detección inicial.
Crédito: ESO/Y. Yang et al. La espectropolarimetría: ver lo invisible
La espectropolarimetría combina dos técnicas de análisis de la luz para revelar informaciones que ni la espectroscopia ni la polarimetría por sí solas pueden proporcionar. Estudiando cómo la luz está polarizada a diferentes longitudes de onda, los astrónomos pueden determinar la forma y orientación de objetos cósmicos demasiado pequeños para ser resueltos directamente. Este enfoque es particularmente útil para las supernovas, donde los detalles geométricos son esenciales para comprender los mecanismos de explosión.
La polarización de la luz ocurre cuando las ondas luminosas vibran preferentemente en una dirección particular. En el caso de las estrellas esféricas, esta polarización es generalmente nula porque las vibraciones se anulan mutuamente en todas las direcciones. Sin embargo, cuando el objeto emisor no es perfectamente simétrico, como durante una explosión asimétrica, la luz presenta una polarización neta que delata esta asimetría.
El instrumento FORS2 del Very Large Telescope está especialmente diseñado para este tipo de medidas. Puede detectar variaciones ínfimas en la polarización de la luz, permitiendo así reconstituir la forma tridimensional de objetos situados a millones de años luz. Esta capacidad única fue determinante para revelar la forma de aceituna de la explosión de SN 2024ggi, demostrando el poder de esta técnica de observación.
Las aplicaciones de la espectropolarimetría se extienden mucho más allá del estudio de las supernovas. Se utiliza para analizar los discos de acreción alrededor de los agujeros negros, estudiar la atmósfera de los exoplanetas y caracterizar el polvo interestelar. Cada avance técnico abre nuevas ventanas sobre el Universo, permitiendo a los astrónomos responder a preguntas fundamentales sobre la naturaleza de los objetos cósmicos.
La vida y la muerte de las estrellas masivas
Las estrellas masivas, aquellas que poseen al menos ocho veces la masa de nuestro Sol, conocen una existencia breve pero espectacular. Su gran masa genera una presión y una temperatura tan elevadas en su núcleo que queman su combustible nuclear a un ritmo acelerado. Mientras que nuestro Sol vivirá unos diez mil millones de años, una estrella de veinte masas solares puede agotar sus reservas en solo unos pocos millones de años, conduciendo a un final violento.
La fase final comienza cuando el núcleo de la estrella agota su hidrógeno, luego su helio, fusionando elementos cada vez más pesados hasta el hierro. El hierro representa un punto de no retorno porque su fusión consume energía en lugar de producirla. Privado de su fuente de energía interna, el núcleo se colapsa bajo su propio peso en un lapso del orden del segundo, creando una onda de choque que propulsa las capas externas de la estrella al espacio.
Este colapso y esta explosión liberan una energía colosal, superando temporalmente la luminosidad de toda una galaxia. Los elementos pesados sintetizados durante la vida de la estrella se dispersan en el medio interestelar, enriqueciendo el gas a partir del cual se formarán nuevas estrellas y planetas. Sin estas explosiones, el Universo carecería de elementos como el oxígeno, el carbono o el hierro esenciales para la vida.
El residuo de la explosión depende de la masa inicial de la estrella. Para las estrellas de ocho a veinte masas solares, generalmente queda una estrella de neutrones, mientras que las estrellas más masivas pueden formar agujeros negros. Cada supernova representa así no solo un final, sino también el comienzo de nuevos ciclos cósmicos, participando en el reciclaje permanente de la materia en el Universo.
Fuente: Science Advances