La aniquilación total de una estrella supermasiva

Astrónomos descubren un nuevo tipo de supernova jamás antes observada, capaz de arrasar por completo con su estrella madre, y que puede representar la forma en la que mueren las estrella más masivas del universo, incluidas las primeras estrellas

Foto: Gemini Observatory/NSF/AURA/ Ilustración: Joy Pollard 

Supernova SN2016iet

La explosión de una estrella solitaria en una galaxia distante ha obligado a los científicos a dejar de lado décadas de investigación para centrarse en un nuevo tipo de supernova que puede aniquilar por completo a su estrella madre sin dejar ningún remanente. Tal suceso es algo que los astrónomos jamás habían presenciado y puede representar la forma en que mueren las estrellas más masivas del universo, incluidas las primeras estrellas que se formaron tras el Big Bang.

El satélite Gaia de la Agencia Espacial Europea -ESA- detectó por primera vez la supernova conocida como SN 2016iet el 14 de noviembre de 2016. Desde este momento se sucedieron tres años de intensas observaciones de seguimiento con una gran variedad de telescopios, entre los que se incluyo el telescopio Gemini North situado en Maunakea, Hawai, y el cual proporcionó los datos cruciales sobre la distancia y composición del objeto.

"Los datos de Gemini nos permitieron estudiar SN 2016iet más de 800 días después de su descubrimiento, cuando ya se había atenuado a la centésima parte de su brillo máximo", explica Edo Berger del Centro Harvard-Smithsonian de Astrofísica.

Un nuevo tipo de supernova que puede aniquilar por completo a su estrella madre sin dejar ningún remanente

Chris Davis, director del programa de la National Science Foundation -NSF- añade:

“estas observaciones de Gemini demuestran la importancia de estudiar el universo en constante cambio. Buscar en el cielo eventos explosivos repentinos, observarlos rápidamente y, lo que es más importante, poder monitorearlos durante días, semanas, meses y, a veces, incluso años es fundamental para obtener una visión global de este tipo de fenómenos".

Una supernova única

En este caso, la mirada profunda de Gemini reveló una débil emisión de hidrógeno en la ubicación de la supernova, evidencia de que la estrella progenitora de SN 2016iet vivía en una región aislada con muy poca formación de estrellas; un ambiente inusual para una estrella tan masiva. "A pesar de buscar durante décadas entre miles de supernovas, esta es diferente a cualquier cosa que hayamos visto antes. A veces vemos supernovas que son inusuales en un aspecto, pero que por lo demás son normales; esta es única en todos los sentidos posibles" explica Davis.7

"Esta supernova es única en todos los sentidos posibles"

Así, SN 2016iet tiene multitud de rarezas, incluida su increíblemente larga duración, una gran energía, huellas químicas inusuales y un entorno pobre en elementos más pesados, para lo cual no existen análogos obvios en la literatura astronómica. "Cuando nos dimos cuenta por primera vez de lo inusual que es SN 2016iet, mi reacción fue: ´¿Algo ha salido terriblemente mal con nuestros datos?´, declara Sebastián Gómez, también del Centro de Astrofísica de la Universidad de Harvard y autor principal de la investigación publicada en la revista especializada The Astrophysical Journal.

Estrellas supermasivas, estrellas primordiales y las supernovas de inestabilidad de pares

La naturaleza inusual de SN 2016iet, según lo revelado por Gemini y los datos de otros satélites, sugiere que comenzó su vida como una estrella con aproximadamente 200 veces la masa de nuestro Sol, por lo que es una de las explosiones de estrellas individuales más masivas y poderosas jamás observadas.

La creciente evidencia sugiere que las primeras estrellas nacidas en el universo pueden haber sido igual de masivas. Los astrónomos predijeron que si tales gigantes conservan su masa durante su breve vida -unos pocos millones de años- morirán como supernovas de inestabilidad de pares, las cuales reciben su nombre de los pares de materia-antimateria formados en la explosión.

Las supernovas de inestabilidad de pares reciben su nombre de los pares de materia-antimateria formados en la explosión

La mayoría de las estrellas masivas terminan sus vidas en una supernova que arroja materia rica en metales pesados ​​al espacio, mientras que su núcleo se convierte en una estrella de neutrones o un agujero negro.

No obstante, las supernovas de inestabilidad de pares actúan de manera diferente. En ellas el núcleo al colapsar produce abundante radiación de rayos gamma, lo que conduce a una producción desbocada de pares de partículas y antipartículas que desencadenan una explosión termonuclear catastrófica que aniquila a toda la estrella, incluido el núcleo.

Los modelos de supernovas de inestabilidad de pares predicen que estas ocurrirán en entornos pobres en metales -término astronómico empleado para los elementos más pesados ​​que el hidrógeno y el helio- como galaxias enanas o el universo temprano que es exactamente lo que el equipo de Gómez encontró en su investigación. .

El fenómeno ocurrió a una distancia de aproximadamente mil millones de años luz de distancia en una galaxia enana previamente no catalogada pobre en metales. "Esta es la primera supernova en la que el contenido de masa y metal de la estrella en explosión está en el rango predicho por los modelos teóricos", afirma el investigador.

En la soledad del cosmos

Otra característica sorprendente es la ubicación austera de SN 2016iet. La mayoría de las estrellas masivas nacen en densos cúmulos de estrellas, pero SN 2016iet se formó de forma aislada a unos 54.000 años luz de distancia del centro de su galaxia enana. "Cómo se puede formar una estrella tan masiva en completo aislamiento sigue siendo un misterio", explica Gómez. "En nuestro vecindario cósmico local, solo conocemos algunas estrellas que se acercan a la masa de la estrella que explotó en SN 2016iet, pero todas ellas viven en cúmulos masivos con miles de otras estrellas", añade.

"Cómo se puede formar una estrella tan masiva en completo aislamiento sigue siendo un misterio"

Para explicar la larga duración de la supernova y la lenta evolución su brillo, el equipo postula que la estrella progenitora expulsó su propia materia al entorno circundante a una tasa de aproximadamente tres veces la masa del Sol por año durante una década antes de que esta se volviera inestable. Cuando la estrella finalmente explotó, los escombros de la supernova chocaron con este material que alimentaba la emisión de SN 2016iet.

“La mayoría de las supernovas se desvanecen y se vuelven invisibles contra el resplandor de sus galaxias anfitrionas en unos pocos meses. Pero debido a que SN 2016iet era tan brillante y tan aislada, pudimos estudiar su evolución en los años venideros ”, continúa el astrónomo.

"La idea de las supernovas de inestabilidad de pares ha existido durante décadas", afirma Berger por su parte, "pero finalmente tener el primer ejemplo de observación que coloca a una estrella moribunda en el régimen de masa correcto, con el comportamiento correcto y en una galaxia enana pobre en metales, es un increíble paso adelante".

Hasta hace muy poco tiempo, no se sabía si tales estrellas supermasivas podrían existir realmente. El descubrimiento y las observaciones de seguimiento de SN 2016iet han proporcionado pruebas claras de su existencia y de su potencial para afectar el desarrollo del universo temprano.

"El papel de Gémini en este sorprendente descubrimiento es muy significativo", afirma Gómez, "ya que nos ayuda a comprender mejor cómo se desarrolló el universo primitivo después de sus 'edades oscuras', -cuando todavía no existían estrellas en el firmamento- hasta convertirse en el esplendoroso universo que podemos observar hoy", concluye.

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