Las supernovas más brillantes del universo están turboalimentadas por magnetares recién nacidos

Las supernovas más brillantes del universo están turboalimentadas por magnetares recién nacidos

Por José Howlett editado por Lee Billings

La muerte de cada estrella es dramática. Las supernovas superluminosas llevan la teatralidad a otro nivel.

A principios de la década de 2000, los científicos vieron por primera vez estos llamativos cataclismos, que pueden brillar mucho más tiempo y ser más de 10 veces más brillantes que una supernova normal. Y desde entonces, se han estado preguntando qué proceso físico explica el brillo excepcional y persistente de tales supernovas.

Ahora lo saben. En un artículo publicado hoy en la revista Nature, los astrofísicos determinaron la verdadera fuente de una supernova superluminosa: la radiación emitida desde una bola de neutrones de rápido giro, altamente magnetizada, recién formada, del tamaño de una ciudad: el llamado magnetar. Además de resolver el enigma de las supernovas superluminosas, esta también marca la primera vez que los científicos presencian el nacimiento de un magnetar. Y lo que lo reveló todo es una extraña peculiaridad de la teoría general de la relatividad de Einstein.

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“Está muy lejos de cualquier cosa en la que hayamos pensado”, dice Joseph Farah, un estudiante de posgrado afiliado al Observatorio Las Cumbres (LCO) y la Universidad de California, Santa Bárbara, quien dirigió el estudio. “Sabemos muy poco sobre estas cosas”.

Lo que se sabe es que cuando una estrella masiva agota su combustible, colapsa sobre sí misma y explota, dejando tras de sí una nube de gas radiactivo y escombros que se expande y se enfría lentamente, con un pequeño remanente estelar en el centro. Cuando una estrella de este tipo tenía entre 10 y 25 veces la masa de nuestro Sol, ese remanente suele ser una estrella de neutrones. Estos son los trozos de materia más extraños del cosmos (una cucharadita de su material pesa tanto como el Monte Everest), lo que convierte a las estrellas de neutrones en lugares de algunas de las físicas más extremas que existen.

Las estrellas de neutrones se vuelven especialmente extremas cuando giran rápidamente, emitiendo rayos de radiación que parecen faros desde sus polos; Los astrónomos llaman a estos objetos púlsares. Y los magnetares son los más extremos de todos: la mayoría de ellos son púlsares recién nacidos que poseen campos magnéticos hasta 1.000 veces más fuertes de lo normal.

Aunque los teóricos ya tenían indicios de que el tempestuoso nacimiento de un magnetar podría ayudar a explicar las supernovas superluminosas, resolver el caso resultó difícil. Un posible avance se produjo a finales de 2024 con la erupción de una nueva supernova superluminosa, SN 2024afav, a unos mil millones de años luz de la Tierra. Monitoreado durante 200 días por astrónomos en el LCO, el brillo de SN 2024afav disminuyó periódicamente, oscilando hacia adelante y hacia atrás, y el tiempo entre caídas se hizo cada vez más corto a lo largo de la medición.

Farah y sus coautores buscaron en la pizarra explicaciones para este patrón específico. Sólo encontraron uno que podía explicarlo. A medida que un magnetar gira sobre su eje casi a la velocidad de la luz, su inmenso campo magnético se contorsiona, se enrolla y gira para bombear una poderosa radiación. La energía de este motor astrofísico hace brillar el gas expulsado circundante, aumentando la luminosidad y longevidad de la supernova.

Pero, ¿qué causó que estas brasas estelares crecieran y menguaran? La respuesta se reduce a cómo la estrella muerta en rotación arrastró el espacio y el tiempo a su paso.

Inicialmente, el magnetar estaba rodeado por un disco giratorio de materia, que se canalizaba desde su borde interior hacia el remanente estelar. El disco estaba ligeramente inclinado respecto del eje de giro del magnetar, y la violenta vorágine del espacio-tiempo que creó hizo girar el disco a su alrededor. Desde lejos, esta consecuencia de la relatividad general, llamada “precesión de la sed de lentes”, hacía que todo el sistema pareciera una peonza que se tambaleaba sobre una mesa.

Desde el punto de vista de la Tierra, justo a lo largo del ecuador del lejano magnetar, el disco oscilante actuó como el obturador de un proyector de películas, ocultando periódicamente nuestra visión de la estrella muerta sobrealimentando a SN 2024afav. A medida que pasaban los días y el magnetar mordisqueaba su disco, ese toroide de material se contraía hacia adentro. Esto aceleró el efecto del obturador, haciendo que las caídas de luz fueran cada vez más frecuentes hasta que el disco desapareció.

Esta historia de origen estelar, dicen los autores, coincide con los datos mejor que cualquier otra cosa que se les haya ocurrido. Eso la convierte en la evidencia más segura hasta ahora de lo que realmente sucede en el centro de una supernova superluminosa. “Otras posibles fuentes de energía no producirían tal patrón”, dice Daniel Kasen de la Universidad de California, Berkeley, uno de los astrofísicos que propuso por primera vez la explicación del magnetar en 2010 y es reconocido por brindar una discusión útil en el nuevo artículo. “Un magnetar puede actuar como un potente motor que ilumina la supernova con un brillo extraordinario”.

La confirmación abre los magnetares como otro laboratorio cósmico más para probar la relatividad general. “Todo lo relacionado con el sistema es extremo”, dice Adam Ingram, astrofísico de la Universidad de Newcastle en Inglaterra, que actuó como revisor del estudio. “El campo gravitacional es lo suficientemente fuerte como para que las predicciones más exóticas de la relatividad general tengan grandes efectos”.

A lo largo de su vida, el recién operativo Observatorio Vera C. Rubin en Chile verá millones de supernovas, incluidos muchos más de estos raros eventos. Y dondequiera que la relatividad general sea visible en el mundo, dice Farah, existe una oportunidad para comprenderla mejor y tal vez incluso para encontrar nuevas grietas en el edificio de la mayor teoría de Einstein, de las cuales podrían surgir nuevas ideas. “Significa que podemos probar una de nuestras teorías fundamentales de la realidad en uno de los entornos más extremos del universo”, afirma.

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