El año 2022 comienza con una explosión con esta supernova masiva.
Científicos del Instituto Weizmann de Ciencias de Israel, en Rehovot, han logrado presenciar la explosión de la estrella masiva de Wolf-Rayet, una supernova que, según la hipótesis de muchos científicos, debería ser imposible.
Esta observación, que se detalla en un estudio publicado en la revista académica Nature, dio pruebas de algo que hasta ahora sólo existía como teoría y que nunca se había visto.
Una supernova es esencialmente una estrella que explota. Es uno de los dos destinos de una estrella cuando llega al final de su ciclo vital, ya no puede producir energía en su núcleo.
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Las estrellas de todo tipo se alimentan de esta producción de energía en sus núcleos, que ven cómo la energía se hace por fisión nuclear fusionando elementos más ligeros para formar otros más pesados. Este proceso es el que mantiene caliente a la estrella, permitiendo que los gases se expandan al tiempo que atrae su masa hacia el núcleo en un delicado equilibrio gravitatorio.
Cuando una estrella ya no puede producir esta energía, un proceso que lleva millones o miles de millones de años, ocurre una de estas dos cosas. En el caso de las estrellas del tamaño de nuestro Sol o más pequeñas, la estrella colapsará y formará una enana blanca.
Pero en el caso de las estrellas lo suficientemente grandes, de unas ocho a quince masas solares como mínimo, se produce una supernova, que hace que los elementos pesados salgan despedidos por el espacio en un espectáculo explosivo. Esto, a su vez, tiene varias consecuencias para estos elementos y el resto del universo. Para la propia estrella progenitora, sin embargo, generalmente se produce uno de los dos resultados: O bien se destruye por completo, o bien colapsa sobre sí misma para formar una estrella de neutrones (si la estrella original era lo suficientemente grande) o un agujero negro.
Los agujeros negros son un fenómeno astronómico desconcertante en sí mismo, pero las supernovas, que antes se consideraban sucesos extremadamente raros para los estudiosos, se han ido comprendiendo mejor a medida que el tiempo y el progreso científico han ido avanzando.
El decano de la Facultad de Física de Partículas de Weizmann, el profesor Avishay Gal-Yam, líder del estudio, había localizado siete supernovas en cuatro años cuando era estudiante de doctorado. Hoy, sin embargo, con las herramientas y la metodología adecuadas, es posible detectar 50 supernovas al día.
Y sin embargo, aún quedaban algunos misterios, concretamente en lo que respecta a algunas estrellas masivas.
Existen varios tipos de estrellas, que varían en términos de brillo, tamaño y vida útil. Las estrellas como nuestro Sol, por ejemplo, tienen una esperanza de vida de unos 10.000 millones de años. Las estrellas masivas, sin embargo, duran sólo unos pocos millones de años.
Un tipo de estas estrellas masivas es la estrella Wolf-Rayet. Estos raros cuerpos estelares de gran tamaño se diferencian de otras estrellas en algunos aspectos, sobre todo en que faltan una o más capas externas de elementos más ligeros. Esto es notable, ya que debido a la forma en que la fisión nuclear estratifica los elementos en una estrella, las capas externas suelen estar compuestas por elementos más ligeros mientras que los más pesados se concentran hacia el núcleo.
Normalmente, las capas externas más externas estarían llenas de hidrógeno, el elemento más ligero. Sin embargo, en las estrellas Wolf-Rayet no es así. Más bien, las capas más externas contienen helio o incluso carbono y otros elementos más pesados.
Se desconoce el motivo exacto, aunque existen teorías, una de las más notables es que los fuertes vientos estelares eliminan las capas más ligeras de una en una a lo largo de varios cientos de miles de años. Esto, a su vez, les da la apariencia de decadencia, de desintegración progresiva durante un largo periodo de tiempo.
A pesar de su corta vida, nunca se ha observado definitivamente que una estrella Wolf-Rayet se convierta en supernova. Sin embargo, se ha teorizado que podrían existir. De hecho, se sospechaba que ciertos tipos de supernovas se habían originado en estrellas Wolf-Rayet, aunque nunca se había demostrado. Muchos científicos acabaron sospechando que, debido a que las estrellas Wolf-Rayet nunca han sido detectadas como supernovas eternas, puede que no lo hagan en absoluto. Más bien, es posible que acaben colapsando silenciosamente en un agujero negro sin producir ninguna explosión visible.
Pero Gal-Yam y su equipo han demostrado que esta suposición es falsa, al haber hecho lo que los astrónomos de todo el mundo llevaban tiempo sin conseguir: encontrar una supernova originada en una estrella Wolf-Rayet.
Esto se hizo mediante el uso del análisis de la luz emitida por la explosión de la supernova. Utilizando un análisis espectroscópico para estudiar las longitudes de onda electromagnéticas de la explosión, es posible que los científicos identifiquen firmas asociadas a ciertos elementos que son impulsados por la explosión.
En general, el equipo identificó algunos elementos como el carbono y el oxígeno, ambos esperados en una supernova. Pero el equipo también encontró otro elemento que nunca se había visto en una supernova de esta manera: El neón, algo ya escaso en el sistema solar, aunque a escala universal muy abundante.
Además, también llegaron a la conclusión de que los materiales que emitían la radiación se encontraban en el espacio que rodeaba a la estrella, no participaban en ella.
¿Qué significa todo esto?
Según Gal-Yam, parece apoyar la hipótesis sobre cómo se desprenden las capas exteriores de las estrellas Wolf-Rayet.
Pero como se trata del primer descubrimiento de este tipo, puede ser demasiado pronto para decir con seguridad si es así como todas las estrellas Wolf-Rayet se convierten en supernovas de esta manera.
“No podemos decir en este momento si todas las estrellas Wolf-Rayet terminan su vida con una explosión o no. Podría ser que algunas de ellas colapsen silenciosamente en un agujero negro”, dijo el profesor en un comunicado.
Sin embargo, está claro que, a pesar de esta explosión masiva, no toda la materia de la estrella estaba allí.
“Estimamos que la masa que se dispersó durante la explosión es probablemente igual a la del Sol o a la de una estrella ligeramente más pequeña; la estrella que explotó era significativamente más pesada, con una masa al menos 10 veces mayor que la del Sol. Entonces, ¿dónde fue a parar la mayor parte de la masa?”.
Hay una posibilidad: La supernova expulsó parte de la masa al espacio, pero el resto formó un agujero negro. Pero mientras que el agujero negro no puede confirmarse, la supernova en sí sí puede hacerlo.
“Una cosa es cierta”, dice Gal-Yam, “este no es el colapso ‘silencioso’ del que se habla a menudo en el pasado”. Cabe mencionar que, desde que se hizo este descubrimiento, se ha observado otra explosión similar de una estrella Wolf-Rayet, lo que implica que este fenómeno no es, en efecto, una ocurrencia única. Es posible que cuanto mejor sean nuestros instrumentos de detección y medición, este tipo de explosiones -hoy consideradas raras y exóticas- se conviertan en algo común”.
Este descubrimiento, sin embargo, no es la única observación importante reciente de una supernova. Una nueva observación realizada por científicos con el telescopio Pan-STARRS, en Hawai, logró observar recientemente el paso a supernova de una estrella supergigante roja conocida como SN 2020tlf, siendo testigo del proceso antes, durante y después de la masiva explosión.
Estos hallazgos tienen más implicaciones de las que podrían ser evidentes en un principio. Las supernovas no son meras explosiones; son funciones vitales en el universo que desempeñan papeles esenciales en el funcionamiento del cosmos.
La dispersión de materiales por parte de las supernovas es esencialmente la base para el nacimiento de nuevas estrellas y planetas. Esto es lo que llevó a la creación de nuestro sistema solar y, de hecho, de nuestro propio planeta y de todas las formas de vida que viven en él.
“Estudiamos los orígenes de toda la materia, incluida la que se encuentra en la Tierra, y buscamos explicaciones a muchos de los fenómenos físicos que solemos dar por sentados”, concluye Gal-Yam. “Esto es lo que me interesa personalmente: ¿de dónde viene todo esto? – y quiero ser capaz de responder a esta pregunta de la mejor manera y con la mayor precisión posible”.