Qué reveló una explosión a 440 millones de años luz sobre la muerte de las estrellas masivas

Una explosión estelar ocurrida a 440 millones de años luz de la Tierra acaba de transformar la comprensión de la muerte de las estrellas más masivas del universo.

Por primera vez, científicos que analizaron los datos del Telescopio Espacial de Rayos Gamma Fermi de la NASA lograron captar señales inequívocas de rayos gamma procedentes de una supernova superbrillante, un fenómeno que, según los expertos, fue alimentado por el nacimiento de un magnetar: una estrella de neutrones extremadamente magnetizada y compacta.

El hallazgo no solo confirma décadas de sospechas teóricas, sino que abre una nueva ventana para explorar las fuerzas más extremas del cosmos y desentrañar los secretos energéticos que hacen brillar a las supernovas más luminosas.

Durante casi dos décadas, astrónomos de todo el mundo buscaron entre miles de explosiones estelares algún indicio que confirmara la emisión de rayos gamma, la forma más energética de luz, desde supernovas de colapso de núcleo.

La confirmación llegó con la observación de SN 2017egm, una supernova detectada en la galaxia NGC 3191, ubicada en la constelación de la Osa Mayor. A pesar de la distancia astronómica, la luminosidad y el perfil energético de este evento permitieron rastrear el origen de la energía adicional que caracteriza a las supernovas superluminosas, aquellas que emiten más de diez veces la luz visible de una supernova común.

Los resultados, publicados por un equipo internacional en 2024, revelan que la clave para entender estos estallidos reside en el motor central de la explosión: un magnetar recién nacido, formado cuando el núcleo de una estrella mucho más masiva que el Sol colapsa bajo su propio peso.

“La observación de los rayos gamma procedentes de las supernovas nos brindará una nueva forma de explorar su funcionamiento interno”, explicó Judy Racusin, científica adjunta del proyecto Fermi en la NASA, subrayando la importancia científica y tecnológica del descubrimiento.

El motor oculto: cómo un magnetar redefine la energía de las supernovas

Las supernovas de colapso de núcleo se producen cuando una estrella agota su combustible y su núcleo, con una masa varias veces superior a la del Sol, se comprime hasta alcanzar un radio de apenas 20 kilómetros.

Este proceso extremo da lugar a una estrella de neutrones, cuyos campos magnéticos pueden intensificarse hasta convertirse en los más poderosos del universo conocido. Los magnetares, objetos tan densos que una cucharadita de su material pesaría diez millones de toneladas en la Tierra, pueden girar a velocidades de hasta 700 veces por segundo.

El caso de SN 2017egm se volvió paradigmático. “Solo SN 2017egm muestra evidencia de rayos gamma, lo que confirma indicios previos de que algunas supernovas pueden ser tan luminosas en rayos gamma como en luz visible. Esto abre una nueva ventana para el estudio de estos fascinantes eventos”, afirmó Guillem Martí-Devesa, investigador del Instituto de Ciencias Espaciales de Barcelona.

Los datos revelan que el magnetar recién nacido liberó una enorme cantidad de energía a través de una nube de electrones y positrones, partículas y antipartículas que forman la llamada nebulosa de viento de magnetar.

En el interior de esta nube, diversas interacciones impulsaron la producción y absorción de rayos gamma. Un electrón y un positrón pueden aniquilarse y liberar energía en forma de fotones gamma, mientras que estas partículas de luz pueden, a su vez, colisionar y generar nuevas partículas.

Gran parte de los rayos gamma no escapan directamente al espacio, sino que son absorbidos y reprocesados por la envoltura de la supernova, transformándose en luz visible de menor energía. Este mecanismo explica por qué las supernovas superluminosas brillan tanto más que las supernovas comunes.

“Unos tres meses después del colapso, a medida que los restos de la supernova se expanden y se enfrían, los rayos gamma pueden empezar a filtrarse”, explicó Fabio Acero, director del estudio y miembro del CNRS y la Universidad de París-Saclay.

“Este modelo de magnetar reproduce de la mejor manera la luminosidad de la supernova y el tiempo de llegada de sus rayos gamma durante los primeros meses, pero vemos margen de mejora en momentos posteriores, cuando la luz visible se desvanece de forma bastante irregular”. La explicación teórica, desarrollada por expertos de Estonia y Estados Unidos, detalla cómo la emisión persistente de partículas desde el magnetar y su interacción con los restos estelares sustentan la luminosidad sostenida del evento.

La investigación también exploró otros procesos capaces de influir en el prolongado desvanecimiento de la luz visible de la supernova, incluyendo el material que vuelve a caer sobre el magnetar y el choque de la onda expansiva con el gas eyectado por la estrella en los siglos previos a su muerte.

La complejidad de estos fenómenos sigue siendo objeto de debate y estudio, pero el caso de SN 2017egm se convirtió en el mejor ejemplo de cómo la física extrema de los magnetares puede dictar el destino energético de una supernova superluminosa.

Un antes y un después en la observación del cosmos extremo

El descubrimiento de rayos gamma en SN 2017egm representa un punto de inflexión. Hasta ahora, los astrónomos solo habían recopilado indicios dispersos de la existencia de este tipo de emisión en supernovas distantes. La confirmación, lograda por la misión Fermi y por el trabajo coordinado de laboratorios internacionales, permite a la ciencia abrir una nueva vía para entender la física de las explosiones estelares más poderosas.

La colaboración entre telescopios espaciales y terrestres se volvió un pilar para avanzar en este terreno. El equipo que participó en el hallazgo evaluó las capacidades del Observatorio de Telescopios Cerenkov, una red terrestre que, con apenas 50 horas de observación, podría detectar supernovas similares hasta distancias de 500 millones de años luz. La sinergia entre la flota de observatorios de la NASA y estos nuevos instrumentos promete acelerar el ritmo de descubrimientos y ayudar a precisar los modelos teóricos.

La teoría del motor central del magnetar, que se consolidó tras este hallazgo, se apoya en dos décadas de avances teóricos y observacionales. “El mecanismo del motor central del magnetar que se analiza en este artículo se basa en numerosos avances teóricos y observacionales sobre los magnetares de los últimos 20 años”, destacó Racusin. La investigación aporta una explicación convincente para la energía descomunal de las supernovas superluminosas y su brillo prolongado tanto en el espectro visible como en rayos gamma.

Los astrónomos ahora cuentan con una herramienta inédita para explorar el funcionamiento interno de las supernovas, analizar los ciclos de vida de las estrellas masivas y comprender el papel de los magnetares en la evolución galáctica. Los próximos años estarán marcados por un esfuerzo internacional para identificar nuevas supernovas superluminosas, mapear sus emisiones de rayos gamma y perfeccionar los modelos que describen la dinámica entre los campos magnéticos extremos y la materia en expansión.

El universo sigue sorprendiendo con fenómenos que desafían los límites de la física conocida. La supernova SN 2017egm se convirtió, gracias a la tenacidad de los científicos y el avance de la tecnología, en un laboratorio natural donde la energía, el magnetismo y la materia danzan a escalas siderales.

El estudio de su luz, tanto visible como invisible, promete esclarecer los secretos de la creación y destrucción estelar, y quizá encender nuevas preguntas sobre los motores ocultos que laten en el corazón de las galaxias.