La compleja muerte de las estrellas de mayor masa del universo

Al final de su vida, las estrellas masivas suelen sufrir un colapso del núcleo y explotan en un estallido altamente energético llamado supernova. Sin embargo, ¿qué ocurre con las estrellas muy masivas, con más de 100 veces la masa del Sol? ¿Cómo evolucionan y explotan? ¿Qué relación guardan con las supernovas más brillantes del universo, llamadas supernovas superluminosas?

Un equipo internacional encabezado por Weili Lin y Xiaofeng Wang de la Universidad Tsinghua en China, y que incluye a especialistas de instituciones como por ejemplo el Instituto de Estudios Espaciales de Cataluña (IEEC) a través del Instituto de Ciencias del Cosmos (ICC) de la Universidad de Barcelona (UB), ha monitorizado la supernova superluminosa cercana SN2017egm durante más de un año. El estudio revela una evolución de luminosidad extremadamente compleja.

Al ajustar la evolución de la luminosidad total del objeto con varios tipos de modelos de fuentes de energía, el equipo descubrió que dicha curva de luz «llena de baches» se originó principalmente por la interacción del material expulsado durante la explosión de la supernova con cuatro envolturas de material circunestelar. La existencia de estas envolturas revela que la estrella progenitora de la supernova experimentó frecuentes eyecciones de masa justo antes del colapso final, con una tasa media de entre 1 y 10 masas solares al año.

Una eyección de masa tan frecuente y masiva es incoherente con los modelos ordinarios de viento estelar e interacción binaria, pero es probable que estén impulsadas por un mecanismo denominado inestabilidad de pares pulsacionales (PPI).

Combinando estos modelos, se estima que el núcleo inicial de la estrella tenía unas 50 masas solares. Durante el estallido final de la supernova, el material eyectado interactuó con las anteriores envolturas circunestelares creando una de las explosiones estelares más luminosas observadas en el universo y dejando un cadáver ultradenso consistente en un agujero negro de unas 40 masas solares.

Remanente de SN 1572 (Supernova de Tycho), una de las ocho supernovas visibles a simple vista en los registros históricos. (Foto: en rayos X: NASA / CXC / Rutgers / K. Eriksen et al.; en luz visible: DSS)

Esto tiene importantes implicaciones para la formación de los agujeros negros de decenas de masas solares, que han sido detectados recientemente por los observatorios de ondas gravitacionales LIGO-Virgo. Este trabajo demuestra que tales agujeros negros masivos pueden producirse a través de los mecanismos mencionados, y no solo mediante la fusión de agujeros negros más ligeros.

Para desencadenar el mecanismo PPI, las estrellas necesitan tener un núcleo de helio muy pesado, que suele evolucionar a partir de una estrella masiva con baja abundancia de metales según la teoría de la evolución estelar.

Sin embargo, la estrella progenitora de SN2017egm se encuentra en un entorno rico en metales, lo que abre muchos interrogantes sobre su misterioso origen. «SN2017egm nos entusiasmó porque su huésped era una gran galaxia espiral, a diferencia de las supernovas superluminosas anteriores, que normalmente explotaban en galaxias enanas», explica Nadia Blagorodnova, investigadora del IEEC en el ICC, que contribuyó al estudio. «Esto desafió todas nuestras suposiciones previas sobre cómo se forman las supernovas superluminosas», añade.

La investigación de esta supernova es de gran importancia para poner a prueba la teoría actual de la evolución estelar y para conocer mejor el origen de las supernovas superluminosas y los agujeros negros masivos de masa estelar.

El estudio se titula «A superluminous supernova lightened by collisions with pulsational pair-instability shells». Y se ha publicado en la revista académica Nature Astronomy. (Fuente: IEEC)