Las supernovas se presentan ante nuestros ojos —y ante los instrumentos astronómicos— como destellos brillantes que estallan en el cielo sin previo aviso, en lugares donde momentos antes no había nada visible. El destello se produce por la colosal explosión de una estrella. Dado que las supernovas son repentinas e impredecibles, su estudio ha sido difícil durante mucho tiempo. Sin embargo, hoy en día, gracias a los extensos, continuos y frecuentes estudios del cielo, los astrónomos pueden descubrir nuevas casi a diario.
Sin embargo, es fundamental desarrollar protocolos y métodos que los detecten rápidamente: sólo de esa manera podremos comprender los eventos y los cuerpos celestes que los desencadenaron.
En un estudio piloto, Lluís Galbany, del Instituto de Ciencias del Espacio (ICE-CSIC) de Barcelona, y sus colegas presentan una metodología que permite obtener los espectros de supernovas más tempranos posibles, idealmente en un plazo de 48 o incluso 24 horas tras su primera luz. Los resultados se han publicado en la revista Journal of Cosmology and Astroparticle Physics.
Las supernovas son enormes explosiones que marcan las etapas finales de la vida de una estrella. Se dividen en dos grandes categorías, determinadas por la masa de la estrella progenitora. “Las supernovas termonucleares se producen en estrellas cuya masa inicial no superó las ocho masas solares“, explica Galbany, primer autor del estudio.
La etapa evolutiva más avanzada de estas estrellas, antes de la supernova, es la enana blanca: objetos muy antiguos que ya no tienen un núcleo activo que produzca calor. Las enanas blancas pueden permanecer en equilibrio durante mucho tiempo, gracias a un efecto cuántico llamado presión de degeneración electrónica.
Si dicha estrella se encuentra en un sistema binario, continúa, puede absorber materia de su compañera. La masa adicional aumenta la presión interna hasta que la enana blanca explota como supernova.
“La segunda categoría principal incluye estrellas muy masivas, de más de ocho masas solares”, dice Galbany.
Brillan gracias a la fusión nuclear en sus núcleos, pero una vez que la estrella ha quemado átomos cada vez más pesados —hasta el punto en que la fusión ya no produce energía—, el núcleo colapsa. En ese momento, la estrella colapsa porque la gravedad ya no se ve contrarrestada; la rápida contracción aumenta drásticamente la presión interna y desencadena la explosión.
Las primeras horas y días tras la explosión conservan pistas directas sobre el sistema progenitor: información que ayuda a distinguir modelos de explosión rivales, estimar parámetros críticos y estudiar el entorno local. “Cuanto antes los detectemos, mejor”, señala Galbany.
Históricamente, obtener datos tan tempranos era difícil porque la mayoría de las supernovas se descubrían días o semanas después de la explosión. Los estudios modernos de campo amplio y alta cadencia —que abarcan grandes franjas del cielo y las revisan con frecuencia— están cambiando esa perspectiva y permitiendo descubrimientos en tan solo horas o días.
Aún se necesitan protocolos y criterios para explotar al máximo estos estudios, y el equipo de Galbany puso a prueba dichas reglas mediante observaciones del Gran Telescopio de Canarias (GTC). Su estudio informa sobre diez supernovas: la mitad termonucleares y la otra mitad de colapso de núcleo. La mayoría se observaron en los seis días posteriores a la explosión estimada, y en dos casos, en las 48 horas siguientes.
El protocolo comienza con una búsqueda rápida de candidatos basada en dos criterios: la señal luminosa debe haber estado ausente en las imágenes de la noche anterior y la nueva fuente debe estar dentro de una galaxia. Cuando se cumplen ambas condiciones, el equipo activa el instrumento OSIRIS en el GTC para obtener un espectro.
“El espectro de la supernova nos dice, por ejemplo, si la estrella contenía hidrógeno, lo que significa que estamos ante una supernova de colapso de núcleo”, explica Galbany.
“Conocer la supernova en sus primeros momentos también nos permite buscar otros tipos de datos sobre el mismo objeto, como la fotometría del Zwicky Transient Facility (ZTF) y el Asteroid Terrestrial-impact Last Alert System (ATLAS) que utilizamos en el estudio.
Esas curvas de luz muestran cómo aumenta el brillo en la fase inicial; si observamos pequeñas protuberancias, podría significar que otra estrella de un sistema binario fue absorbida por la explosión. Se realizan comprobaciones adicionales para contrastar datos de la misma zona del cielo provenientes de otros observatorios.
Dado que este primer estudio logró recopilar datos en 48 horas, los autores concluyen que es posible realizar observaciones aún más rápidas. “Lo que acabamos de publicar es un estudio piloto”, afirma Galbany.
Ahora sabemos que un programa espectroscópico de respuesta rápida, bien coordinado con estudios fotométricos profundos, puede recopilar espectros de manera realista en el plazo de un día después de la explosión, lo que allana el camino para estudios sistemáticos de las fases más tempranas en futuros estudios a gran escala, como el La Silla Southern Supernova Survey (LS4) y el Legacy Survey of Space and Time (LSST), ambos en Chile.
Fuente: Phys.org.