Un equipo internacional de astrofísicos ha observado por primera vez la etapa más temprana y fugaz de una supernova, una circunstancia extraordinaria que ha permitido conocer los detalles de la muerte de este tipo de estrellas en una enorme explosión. Gracias a una serie de observaciones rápidas con el Very Large Telescope (VLT) que se publican este jueves en la revista Science Advances , los científicos han documentado cómo la explosión inicial tenía forma de aceituna y se aplanó más tarde para eyectar el material hacia el vacío cósmico.

Los grandes telescopios suelen apuntar a las supernovas cuando ya han pasado unas horas cruciales desde su detección inicial y la explosión ya ha disgregado el material y rodea a la estrella moribunda. En esta ocasión, el equipo de Yi Yang , profesor asistente de la Universidad de Tsinghua en Pekín, en China, tuvo los reflejos de pedir la observación rápida de esa región del cielo mediante el VLT, en la noche del 10 de abril de 2024.

Cuando la explosión de supernova SN 2024ggi fue detectada, Yang acababa de aterrizar en San Francisco después de un vuelo de larga distancia y sabía que tenía que actuar con rapidez. Doce horas después, había enviado una propuesta de observación a ESO, que, tras un proceso de aprobación muy rápido, apuntó su telescopio VLT en Chile a la supernova el 11 de abril, apenas 26 horas después de la detección inicial.

Materia acelerada

La supernova SN 2024ggi se encuentra en la galaxia NGC 3621, en dirección a la constelación de Hidra, a tan solo 22 millones de años luz de distancia. Con un gran telescopio y el instrumento adecuado, el equipo internacional sabía que tenía una oportunidad única para desentrañar la forma de la explosión poco después de que ocurriera. “Las primeras observaciones del VLT capturaron la fase durante la cual la materia acelerada por la explosión cerca del centro de la estrella atravesó su superficie”, afirma Dietrich Baade , astrónomo del ESO en Alemania y coautor del estudio. “Durante unas horas, la geometría de la estrella y su explosión pudieron observarse juntas”.

Las primeras observaciones del VLT capturaron la fase durante la cual la materia acelerada por la explosión cerca del centro de la estrella atravesó su superficie

Dietrich Baade — Astrónomo del ESO en Alemania y coautor del estudio.

Este momento es crucial, porque una vez que la onda de choque atraviesa la superficie, libera inmensas cantidades de energía; la supernova brilla drásticamente y no se pueden observar los detalles. Durante una fase de corta duración, la forma inicial de “ruptura” de la supernova se puede estudiar antes de que la explosión interactúe con el material que rodea a la estrella moribunda. 

La supernova SN 2024ggi en la galaxia NGC 3621.

“La geometría de una explosión de supernova proporciona información fundamental sobre la evolución estelar y los procesos físicos que dan lugar a estos espectáculos cósmicos”, explica Yang. Los mecanismos exactos que subyacen a las explosiones de supernovas de estrellas masivas, aquellas con más de ocho veces la masa del Sol, aún se debaten y constituyen una de las cuestiones fundamentales que los científicos desean resolver. La progenitora de esta supernova fue una estrella supergigante roja, con una masa entre 12 y 15 veces la del Sol y un radio 500 veces mayor, lo que convierte a SN 2024ggi en un ejemplo clásico de explosión de una estrella masiva. 

La “ruptura” de una estrella

Sabemos que durante su vida, una estrella típica mantiene su forma esférica como resultado de un equilibrio muy preciso entre la fuerza gravitacional que tiende a comprimirla y la presión de su motor nuclear que tiende a expandirla. Cuando se agota su última fuente de combustible, el motor nuclear comienza a fallar. Para las estrellas masivas, esto marca el comienzo de una supernova: el núcleo de la estrella moribunda colapsa, las capas de masa que la rodean caen sobre él y rebotan. Esta onda de choque se propaga hacia afuera, desintegrando la estrella.  

Los astrónomos han logrado observar la forma inicial de “ruptura” de la supernova por primera vez utilizando una técnica llamada espectropolarimetría, que proporciona información sobre la geometría de la explosión que otros tipos de observación no pueden ofrecer porque las escalas angulares son demasiado pequeñas, según Lifan Wang , coautor y profesor de la Universidad Texas A&M en Estados Unidos. Aunque la estrella en explosión aparece como un solo punto, la polarización de su luz contiene pistas ocultas sobre su geometría, que el equipo pudo descifrar.  

Estos hallazgos sugieren un mecanismo físico común que impulsa la explosión de muchas estrellas masivas, que manifiesta una simetría axial bien definida y actúa a gran escala

Yi Yang — Profesor  de la Universidad de Tsinghua en Pekín y autor principal del estudio

Para ello, utilizaron el instrumento  FORS2 , instalado en el VLT, que reveló que la explosión inicial de material tenía forma de aceituna. A medida que la explosión se extendía hacia afuera y colisionaba con la materia alrededor de la estrella, la forma se aplanaba, pero el eje de simetría del material eyectado permanecía igual. “Estos hallazgos sugieren un mecanismo físico común que impulsa la explosión de muchas estrellas masivas, que manifiesta una simetría axial bien definida y actúa a gran escala”, subraya Yang.  

Con este conocimiento, los astrónomos ya pueden descartar algunos de los modelos de supernovas actuales y agregar nueva información para mejorar otros, lo que proporciona información sobre las poderosas muertes de estrellas masivas. “Este descubrimiento no solo redefine nuestra comprensión de las explosiones estelares, sino que también demuestra lo que se puede lograr cuando la ciencia trasciende las fronteras”, dice el coautor y astrónomo de ESO, Ferdinando Patat . “Es un poderoso recordatorio de que la curiosidad, la colaboración y la acción rápida pueden revelar profundos conocimientos sobre la física que da forma a nuestro universo”. 

“Un trabajo espectacular”

Miguel Torres , astrofísico del Instituto de Astrofísica de Andalucía (IAA), considera que se trata de “un trabajo espectacular y precioso”con resultados de gran impacto en la física de las supernovas formadas por colapso del núcleo (Tipos Ibc y II). “Si el ESO no les hubiera concedido tiempo y no hubiera reaccionado inmediatamente, esta ciencia no se habría obtenido”, destaca.

Si el ESO no les hubiera concedido tiempo y no hubiera reaccionado inmediatamente, esta ciencia no se habría obtenido

Miguel Torres — Astrofísico del Instituto de Astrofísica de Andalucía (IAA)

Para el experto, estos estudios de luz polarizada a apenas unas horas tras la explosión de la supernova han puesto el último clavo en el ataúd de los modelos de explosión que todavía hablaban de simetría esférica. “El modelo favorecido parece ser el que invoca procesos magnetorrotacionales, donde un campo magnético amplificado llevaría material a lo largo del eje de rotación del núcleo que colapsa”, sentencia Torres.

Jonay González, investigador del Instituto de Astrofísica de Canarias (IAC), destaca el gran valor de haber conseguido observaciones de la supernova desde casi el momento inicial hasta casi 200 o 300 días después de la explosión. “En este caso, mediante una técnica que se llama espectropolarimetría han obtenido información de la geometría de la explosión en tres dimensiones”, señala. “Gracias a eso pueden entender cómo está orientada la explosión, y de ahí se extrae información de cómo se produce”. Porque siguen sin conocerse con detalle los mecanismos exactos por los que se frena el colapso de la estrella y se produce un frente de ondas hacia el exterior, apunta. 

Al reconstruir la geometría tridimensional de las primeras horas de la explosión estelar, han podido ver que en este caso se trata de una explosión asimétrica

Lluís Galbany — Astrofísico del ICE-CSIC

Lluís Galbany , astrofísico del ICE-CSIC, también cree que estamos ante una observación excepcional. “El objetivo científico era analizar la geometría de la estrella, inicialmente esférica, justo después del colapso y la expulsión del material”, asegura. La incógnita era si la explosión evolucionaba de forma simétrica, manteniendo la misma forma esférica de la estrella, o si, por el contrario, seguía un eje preferencial (en forma de aceituna).

“Al reconstruir la geometría tridimensional de las primeras horas de la explosión estelar, han podido ver que en este caso se trata de una explosión asimétrica”, señala el experto. “Esto no significa que todas las supernovas sean así, pero sí rompe con la idea teórica de que todas las explosiones son perfectamente simétricas”. En resumen, concluye Galbany, “este hallazgo transforma nuestra comprensión de cómo colapsan las estrellas masivas y de cómo distribuyen los elementos pesados que enriquecen el cosmos”.