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¿Qué estrellas explotan como supernovas?

10/jun/18 6:33 AM
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Imagen de la galaxia NGC 2770 observada en el filtro R (rojo) desde el Telescopio Óptico Nórdico, de 2,5 m de diámetro, del Observatorio del Roque de los Muchachos (La Palma). En la imagen de 2008 aparecen dos supernovas, SN 2007uy y SN 2008D, que ya no se ven en 2015. En cambio, en el año 2015 fue descubierta una nueva supernova, SN 2015bh, en la misma galaxia. / Nancy Elías de la Rosa /

Nancy Elías de la Rosa

Seguramente mirando al firmamento te has preguntado si las estrellas siempre han estado ahí, siempre en el mismo lugar. En general es así, pero podría pasar que un día apareciera una nueva estrella que no conocías y que algún tiempo después desapareciera. Este evento, conocido en la antigüedad como "nuevas estrellas", es en realidad uno de los más brillantes y espectaculares del Universo: una supernova. Concretamente, se llama supernova a la etapa final en la evolución de una estrella, a veces un sistema de estrellas, marcada por una fuerte explosión que la destruye por completo.

Una estrella con una masa superior a ocho veces la masa del Sol se convierte en supernova cuando ha consumido todo su "combustible" nuclear. El núcleo, formado principalmente por hierro, se colapsa cuando la acción de la gravedad lo hace insostenible. El colapso genera una onda de choque que se propaga violentamente a través de la estrella creando una "explosión" con una energía un quintillón de veces superior a la bomba de Hiroshima.

Esta explosión emite principalmente esa energía en forma de neutrinos, mientras que solo un 1% se emplea en la expulsión del envoltorio estelar y un 0,01% se irradia en forma de luz. Aun así, esa energía luminosa es suficiente para a veces iluminar galaxias enteras. Dentro de los subproductos de la explosión encontramos el núcleo compacto en forma de estrella de neutrones oagujero negro. El manto de la estrella se proyecta al espacio a varios miles de kilómetros por segundo y su atmósfera puede crear una nebulosa gaseosa en expansión, también conocida como remanente de supernova.

Gracias al estudio de las supernovas a través de espectros electromagnéticos y curvas de luz, es posible derivar las características sus progenitores, es decir, de las estrellas que generan la supernova. Este tipo de estudio nos ha permitido por ejemplo confirmar explosiones de estrellas, en su mayoría de tipo supergigantes rojas, con masas de hasta 18 veces la masa del Sol. Este valor es bastante menor que el valor medio propuesto por modelos teóricos de evolución estelar para los progenitores de supernovas (alrededor de 25 veces la masa del Sol) o que las supergigantes rojas encontradas en el Universo local (con masas de aproximadamente 30 veces la del Sol). Además, alrededor de un 30% de las estrellas en el cielo superan 18 veces la masa del Sol, por lo que se esperaría encontrar algunas estrellas progenitoras de supernovas con mayor masa; pero este, por ahora, no ha sido el caso.

Existen por tanto muchos casos que han podido pasar desapercibidos o erróneamente evaluados por causas como el polvo estelar que rodea la estrella o por errores en el análisis lumínico que afectan a la caracterización del evento y la estimación de masa de la estrella. Aun así, queda un gran número de estrellas masivas de las que se desconoce su evolución en esta última etapa de la estrella. Algunas sospechas apuntan a supernovas que no se han detectado porque la onda de choque no ha llegado a la superficie de la estrella o el manto se ha colapsado sobre el núcleo. Este tipo de supernovas generarían un agujero negro con una emisión insignificante de radiación.

En los últimos años, gracias a nuevos telescopios e instrumentos de gran campo se ha podido hacer mapas del Universo con mayor precisión y profundidad. Estos nuevos mapas han aumentado significativamente el número de objetos para estudiar y validar los modelos de explosiones masivas. Otros objetos en cambio no han sido posibles de caracterizar ya que no encajan en el conocimiento que se tiene actualmente de estas explosiones. Por ejemplo, se ha observado una nueva clase de objetos transitorios a los que se les ha denominado "impostores de supernova". Estos impostores imitan las características de una explosión de supernova en términos de energía y huella espectral, aunque la estrella sobrevive al evento. Tales eventos están relacionado con las "convulsiones" de estrellas con masas mayores a 40 masas solares en las que expulsan capas de su envoltura. Los impostores pueden repetir el evento varias veces (unas semanas o años más tarde) antes de llegar a lo que parece la explosión terminal.

Los impostores podrían explicar cómo es la evolución de estrellas muy masivas hacia la supernova. Sin embargo, las teorías actuales de evolución estelar predicen otro tipo de evolución y la información que se tiene de estos impostores no es suficiente para rebatirla. Únicamente con nuevos instrumentos con mayor precisión o nuevos métodos de observación podremos estudiar objetos conocidos con menor incertidumbre y arrojar más luz a las estimaciones actuales.

Así pues, las supernovas se han ganado un lugar entre los eventos más influyentes en el Universo en cuanto a contribución energética y química al medio interestelar en galaxias y su asociación a las ondas gravitacionales y las emisiones de neutrinos. Desafortunadamente no todas las supernovas son iguales, ya que su estrella progenitora puede diferir en variables como el momento de la explosión, la energía, el momento angular y el material que la rodea. Aunque hayamos descubierto miles de supernovas, todavía no somos capaces de encajar todas las piezas del rompecabezas.

Nancy Elías de la Rosa es originaria de Güímar, Tenerife. Licenciada en Física por la Universidad de La Laguna, se doctoró en Astrofísica con una tesis cotutelada por la Universidad de La Laguna y la Universidad de Padua, Italia. Su carrera científica prosiguió con estancias en Alemania y Estados Unidos. Tras disfrutar de un contrato Juan de la Cierva en el Instituto de Estudios Espaciales de Cataluña, Barcelona, ha regresado a Italia con una beca Marie Curie de la Unión Europea para continuar su investigación en el campo de las supernovas. 

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