Astrónomos observan la explosión de estrellas en tiempo real: cómo lo lograron

Las novas son explosiones termonucleares que ocurren en un sistema de dos astros cuando un tipo de estrella denominado enana blanca acumula material de su compañera, lo que genera la expulsión violenta de parte de su envoltura. Estos eventos producen un aumento repentino del brillo y emisiones de alta energía en el espacio, como rayos gamma.

Un equipo internacional de investigadores obtuvo imágenes sin precedentes de dos novas en sus primeros días, gracias a observaciones con el instrumento CHARA Array en California. El estudio, publicado en la revista Nature Astronomy, documenta cómo los procesos de expulsión durante estos fenómenos resultan más complejos de lo descrito hasta ahora al registrar tanto múltiples flujos de material como expulsiones con demoras significativas.

Choques violentos y eyecciones tardías: el fin del modelo de explosión única

El estudio se basó en el análisis detallado de dos erupciones estelares ocurridas en 2021. Puso al descubierto una complejidad insospechada en la forma en que las novas expulsan su material al espacio. Se centró en dos eventos con comportamientos opuestos, V1674 Herculis y V1405 Cassiopeiae, y logró identificar mediante imágenes de alta resolución patrones que desafían la concepción tradicional de estas explosiones como eventos únicos y simétricos.

En el caso de V1674 Herculis, clasificada como una de las novas de evolución más rápida jamás registradas, las observaciones realizadas apenas dos o tres días después del estallido mostraron que la expulsión de materia no formó una esfera uniforme. Por el contrario, los astrónomos observaron que la estrella lanzó el material en dos tiempos y velocidades distintas: una nube de gas más lenta que se expandía desde el centro y, cruzándola, unos chorros de materia mucho más rápidos disparados en dirección perpendicular. Fue la violenta colisión de ambos lo que generó las ondas de choque necesarias para producir la emisión de rayos gamma detectada por el telescopio espacial Fermi.

El escenario fue radicalmente distinto para V1405 Cassiopeiae, una nova de evolución lenta que ofreció una visión “a cámara lenta”. A diferencia de su contraparte, esta estrella retuvo la mayor parte de su envoltura gaseosa durante casi dos meses antes de expulsarla por completo. Fue esta eyección tardía la que finalmente produjo los choques necesarios para la aparición de radiación de alta energía.

Laura Chomiuk, profesora de Física y Astronomía de la Universidad de Michigan y una de las autoras del estudio, afirmó: “Las novas son más que fuegos artificiales en nuestra galaxia: son laboratorios de física extrema. Al observar cómo y cuándo se expulsa el material, finalmente podemos establecer la relación entre las reacciones nucleares en la superficie de la estrella, la geometría del material expulsado y la radiación de alta energía que detectamos desde el espacio”.

Los hallazgos aportan evidencia física directa de que los mecanismos que impulsan la pérdida de masa en las enanas blancas son mucho más intrincados de lo que planteaban los modelos teóricos clásicos, los cuales solían asumir una única eyección impulsiva al inicio de la erupción. La confirmación de múltiples flujos simultáneos y de expulsiones tardías propone reconsiderar los procesos detrás de estos violentos eventos estelares y su papel como aceleradores de partículas en nuestra galaxia.

¿Cómo lograron captar una explosión estelar en “alta definición”?

El profesor Elias Aydi, autor principal del estudio y profesor de física y astronomía en la Universidad Tecnológica de Texas, indicó: “Estas observaciones nos permiten observar una explosión estelar en tiempo real, algo muy complejo y que durante mucho tiempo se consideró extremadamente difícil. En lugar de ver un simple destello de luz, ahora estamos descubriendo la verdadera complejidad de cómo se desarrollan estas explosiones. Es como pasar de una foto granulada en blanco y negro a un video de alta definición”.

Para lograr este nivel de detalle inédito, los científicos utilizaron el CHARA Array y su instrumento MIRC-X. Mediante técnicas de interferometría, que combinan la luz de múltiples telescopios, obtuvieron imágenes de resolución extrema apenas unos días después de los estallidos. Estos datos visuales se cruzaron con análisis de la luz obtenidos por el telescopio Gemini-North y el seguimiento continuo de la red de observadores de la AAVSO.

En el análisis de la nova rápida, V1674 Her, los modelos permitieron ubicar la explosión a una distancia inmensa (entre 18.000 y 21.000 años luz de la Tierra) y confirmaron la violencia del evento, donde múltiples chorros de gas salieron disparados a velocidades extremas de hasta 5.500 kilómetros por segundo.

Por el contrario, en la nova lenta V1405 Cas, y con el apoyo de observatorios espaciales, se documentó cómo la estrella mantuvo atrapada su capa de gas durante semanas. Antes de la expulsión final, el núcleo de la explosión se veía compacto, hinchado hasta alcanzar un tamaño similar al de una estrella gigante roja. Todo este proceso fue posible gracias al uso de potentes programas informáticos diseñados para limpiar la señal y traducir los complejos datos de los telescopios en imágenes nítidas y comprensibles.

Impactos científicos y perspectivas a futuro

El descubrimiento de estas múltiples eyecciones y demoras inesperadas posiciona a las novas como laboratorios únicos en nuestro vecindario galáctico; permiten estudiar fenómenos de física extrema, como choques violentos y aceleración de partículas, que hasta hace poco solo podían observarse en objetos lejanos fuera de nuestra galaxia.

“Esto es solo el comienzo. Con más observaciones como estas, por fin podemos empezar a responder a grandes preguntas sobre cómo las estrellas viven, mueren y afectan a su entorno. Las novas, antes consideradas simples explosiones, están resultando ser mucho más ricas y fascinantes de lo que imaginábamos”, concluyó Aydi.

Los datos sugieren además que la interacción con la estrella compañera, y la energía transferida durante su movimiento orbital, podrían ser el motor principal de estos episodios de pérdida de masa, un hallazgo crucial para comprender el futuro de más del 10% de las estrellas de la Vía Láctea.

Ante estos resultados, el equipo científico subraya la necesidad de aplicar estas técnicas de alta precisión a una mayor cantidad de novas para confirmar si esta compleja dinámica es la norma y no la excepción, lo que ayudaría a corregir los modelos teóricos sobre cómo interactúan las estrellas binarias y cómo generan su energía.

Tal como resaltó John Monnier, coautor del estudio, la capacidad de visualizar directamente la estructura del material expulsado apenas ocurre el estallido transforma por completo la comprensión de estos eventos, inaugurando una nueva era para el análisis en tiempo real de las explosiones estelares más extremas.