Captan la forma específica de la explosión en supernova de una estrella muy poco después de comenzar

Gracias al análisis minucioso de observaciones realizadas rápidamente con el conjunto de telescopios VLT (Very Large Telescope) del Observatorio Europeo Austral (ESO), se consiguió captar detalles sin precedentes de una etapa muy temprana de la muerte explosiva de una estrella. La etapa observada y analizada, la más temprana y fugaz, es justo la de cuando la explosión atravesaba la superficie de la estrella.

Cuando la explosión de supernova SN 2024ggi se detectó por primera vez la noche del 10 de abril de 2024, hora local, Yi Yang, profesor asistente de la Universidad Tsinghua, en Pekín (China), y autor principal del nuevo estudio, acababa de aterrizar en San Francisco después de un vuelo de larga distancia. Sabía que tenía que actuar rápidamente. Doce horas más tarde, había enviado una propuesta de observación al ESO, que, después de un proceso de aprobación muy rápido, apuntó su conjunto de telescopios VLT en Chile a la supernova el 11 de abril, solo 26 horas después de la detección inicial.

SN 2024ggi se encuentra en la galaxia NGC 3621 en la dirección de la constelación de Hydra a "solo" 22 millones de años-luz de distancia, cerca en términos astronómicos. Con un gran telescopio y el instrumento adecuado, el equipo internacional sabía que tenían una oportunidad de desentrañar la forma de la explosión poco después de que ocurriera. "Las primeras observaciones del VLT captaron la fase durante la cual la materia se aceleró por la explosión cerca del centro de la estrella disparada a través de la superficie de la estrella. Durante unas horas, la geometría de la estrella y su explosión pudieron ser, y fueron, observadas juntas", declara Dietrich Baade, astrónomo del ESO en Alemania, y coautor de esta investigación.

Recreación artística de una estrella convirtiéndose en supernova. (Ilustración: ESO / L. Calçada. CC BY 4.0)

"La geometría de la explosión de una supernova proporciona información fundamental sobre la evolución estelar y los procesos físicos que conducen a estos fuegos artificiales cósmicos", explica Yang. Los mecanismos exactos tras las explosiones de supernovas de estrellas masivas, aquellas con más de ocho veces la masa del Sol, aún se debaten y son una de las preguntas fundamentales que los científicos quieren abordar. El progenitor de esta supernova fue una estrella supergigante roja, con una masa de 12 a 15 veces la del Sol y un radio 500 veces mayor, lo que convierte a SN 2024ggi en un ejemplo clásico de una explosión estelar masiva.

Sabemos que durante su vida una estrella típica mantiene su forma esférica como resultado de un equilibrio muy preciso de la fuerza gravitacional que quiere comprimirla y la presión de su motor nuclear que quiere expandirla. Cuando se queda sin su última fuente de combustible, el motor nuclear comienza a chisporrotear. Para las estrellas masivas, esto marca el comienzo de una supernova: el núcleo de la estrella moribunda se derrumba sobre sí mismo, las capas de masa alrededor caen sobre él y rebotan. Este choque al rebotar se propaga hacia afuera, perturbando la estabilidad de la estrella.

Una vez que el choque atraviesa la superficie, libera inmensas cantidades de energía: la supernova se ilumina de manera impresionante y se vuelve observable. Durante una fase de corta duración, la forma inicial de la supernova se puede estudiar antes de que la explosión interactúe con el material que rodea a la estrella moribunda.

Esto es lo que este equipo ha logrado por primera vez con el VLT de ESO, utilizando una técnica llamada "espectropolarimetría". "La espectropolarimetría proporciona información sobre la geometría de la explosión que otros tipos de observación no pueden proporcionar porque las escalas angulares son demasiado pequeñas", indica Lifan Wang, coautor y profesor de la Universidad de Texas A&M (EE.UU.), quien era estudiante del ESO al comienzo de su carrera astronómica. A pesar de que la estrella en explosión aparece como un solo punto, la polarización de su luz lleva pistas ocultas sobre su geometría que el equipo pudo desentrañar.

La única instalación en el hemisferio sur capaz de captar la forma de una supernova a través de tal medición es el instrumento FORS2 instalado en el VLT. Con los datos de FORS2, el equipo de astrónomos observó que la explosión inicial de material tenía forma de aceituna. A medida que la explosión se extendió hacia afuera y chocó con la materia presente alrededor de la estrella, la forma se aplanó, pero el eje de simetría de la eyección permaneció igual. "Estos hallazgos sugieren un mecanismo físico común que impulsa la explosión de muchas estrellas masivas, que manifiesta una simetría axial bien definida y actúa a grandes escalas", recalca Yang.

Con este conocimiento, la comunidad astronómica ya puede descartar algunos de los modelos actuales de supernovas y agregar nueva información para mejorar otros, proporcionando información sobre las potentes muertes de estrellas masivas. "Este descubrimiento no solo remodela nuestro conocimiento de las explosiones estelares, sino que también demuestra lo que se puede lograr cuando la ciencia trasciende las fronteras", destaca el coautor y astrónomo del ESO, Ferdinando Patat.

El estudio se titula “An axisymmetric shock breakout indicated by prompt polarized emission from the type II supernova 2024ggi”. Y se ha publicado en la revista académica Science Advances. (Fuente: ESO. CC BY 4.0)