La nave espacial Fermi de rayos gamma de la NASA ha observado una explosión de supernova súper brillante y sobrealimentada que puede haber sido impulsada por una estrella muerta altamente magnética, un tipo de estrella de neutrones llamada magnetar. Este magnetar en realidad habría nacido en la propia supernova, forzada a existir cuando el núcleo de una estrella mucho más masiva que el Sol sufrió un colapso gravitacional al final de su vida.
Durante estas supernovas de colapso de núcleos, núcleos estelares con entre una y dos veces la masa del Sol se aplastan hasta un radio de alrededor de 12 millas (20 kilómetros) para crear una estrella de neutrones, tal como los científicos dicen que ven aquí. Esta rápida compresión no sólo significa que las estrellas de neutrones están hechas de material tan denso que una cucharadita de él llevada a la Tierra pesaría alrededor de 10 millones de toneladas (piense en 350 Estatuas de la Libertad colocadas en una cucharadita), sino que también hace que giren a velocidades tan rápidas como 700 veces por segundo. Las líneas del campo magnético de estas estrellas muertas también se juntan, intensificando la fuerza de los campos magnéticos de las estrellas de neutrones, lo que convierte a los magnetares en los objetos magnéticos más poderosos del universo conocido.
“Durante casi 20 años, los astrónomos han buscado datos de Fermi en busca de señales de rayos gamma de miles de supernovas, y aunque se han informado algunos indicios intrigantes, ninguno era definitivo hasta ahora”, dijo en un comunicado el líder del equipo Fabio Acero de la Universidad de Paris-Saclay.
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Una supernova superbrillante
En las últimas décadas, los astrónomos han observado alrededor de 400 supernovas que colapsan el núcleo y que, dependiendo de la masa inicial de la estrella moribunda, también pueden generar un agujero negro. Algunas de estas explosiones estelares se describen como “superluminosas” porque producen más de 10 veces más luz visible que otras supernovas con colapso del núcleo.
En 2024, los científicos revelaron que habían utilizado con éxito Fermi para detectar rayos gamma, la forma de luz más energética, emitida por una supernova sobrealimentada denominada SN 2017egm. Esta supernova entró en erupción a unos 440 millones de años luz de distancia, en la galaxia NGC 3191. Aunque esa distancia es tan grande que los rayos gamma del evento tardaron 440 millones de años en llegar a la Tierra y a Fermi, sigue siendo una de las supernovas con colapso del núcleo más cercanas a la Tierra jamás vistas.
“Buscamos rayos gamma de las seis supernovas superluminosas más cercanas vistas durante los primeros 16 años de la misión de Fermi”, dijo en el comunicado Guillem Martí-Devesa, del Instituto de Ciencias Espaciales de Barcelona, España. “Sólo SN 2017egm muestra evidencia de rayos gamma, lo que confirma indicios anteriores de que algunas supernovas pueden ser tan luminosas en rayos gamma como lo son en luz visible. Esto abre una nueva ventana para estudiar estos fascinantes eventos”.
Los científicos están interesados en descubrir qué tienen las supernovas superluminosas que les permiten tener un impacto tan poderoso. Una teoría sugiere que esta energía adicional proviene del hecho de que estos eventos generan un magnetar con campos magnéticos 1.000 veces más fuertes que los de las estrellas de neutrones “ordinarias”.
Este equipo observó la radiación óptica y de rayos gamma emitida por SN 2017egm y comparó estos datos con modelos teóricos del flujo de luz y partículas de un magnetar recién nacido. Los modelos reproducían específicamente cómo dichas partículas interactuarían con la capa de material en expansión desechada por la moribunda estrella progenitora de la supernova. De particular interés fue una nube de electrones y positrones, además de sus partículas homólogas de antimateria.
Los científicos creen que esas partículas fueron arrojadas por el magnetar recién nacido que gira rápidamente y llaman a la nube nebulosa de viento magnetar. Se cree que la nebulosa del viento magnetar aumenta la producción y absorción de rayos gamma. Uno de los procesos que le permitiría hacer esto es la aniquilación de partículas y la liberación de energía en forma de rayos gamma que ocurre cuando una partícula de materia y su contraparte de antimateria se encuentran. Estos rayos gamma inciden en la capa exterior de los restos de supernova y se convierten en luz óptica de menor energía, lo que explica por qué estas supernovas superluminosas son tan brillantes en luz visible.
“Aproximadamente tres meses después del colapso, a medida que los restos de la supernova se expanden y se enfrían, los rayos gamma pueden comenzar a filtrarse”, dijo Acero. “Este modelo de magnetar reproduce mejor la luminosidad de la supernova y el momento de llegada de sus rayos gamma durante los primeros meses, pero vemos margen de mejora en momentos posteriores, cuando la luz visible se desvanece de forma bastante irregular”.
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Acero y sus colegas tienen una teoría sobre lo que puede estar causando este desvanecimiento gradual, sugiriendo que podría ser el resultado de que los escombros expulsados por la estrella destruida cientos de años antes de su destrucción como supernova caigan nuevamente sobre el magnetar.
El equipo también tenía un ojo puesto en el futuro, evaluando qué tan eficiente será el nuevo observatorio terrestre de rayos gamma, el Cerenkov Telescope Array Observatory, para detectar eventos como SN 2017egm. Descubrieron que en 50 horas de observación, el conjunto de telescopios, ubicado en el Observatorio Paranal y en la isla de La Palma, España, debería poder detectar explosiones cósmicas similares a una distancia de alrededor de 500 millones de años luz.
Eso podría ayudar a los científicos a comprender finalmente estas supernovas superpoderosas.
“El mecanismo del motor central del magnetar discutido en este artículo se basa en muchos avances teóricos y de observación en magnetares durante los últimos 20 años”, dijo Judy Racusin, miembro del equipo del Centro de Vuelos Espaciales Goddard de la NASA en Greenbelt, Maryland. “La observación de los rayos gamma de las supernovas nos brindará una nueva forma de explorar su funcionamiento interno”.
Los resultados del equipo fueron publicados el miércoles (20 de mayo) en la revista Astronomy & Astrophysics.