Los astrónomos revelan una nueva pista de por qué explotan las estrellas gigantes

El misterio de cómo las estrellas gigantes pasan sus últimos momentos antes de explotar en una muerte radiante acaba de estar un poco más cerca de ser resuelto, en parte por investigadores que desafiaron la idea de que los modelos implícitos son suficientes para estudiar las estrellas moribundas.

En un artículo publicado el martes en The Astrophysical Journal, los astrónomos de la Universidad de Texas, en Austin, describen un nuevo modelo de lo que creen que ocurre cuando algunas de las mayores estrellas del cosmos explotan como supernovas al final de sus vidas, antes de convertirse en estrellas de neutrones o agujeros negros.

Cuando las estrellas ocho veces más masivas que el Sol o más grandes agotan su combustible de hidrógeno, comienzan a fusionar elementos cada vez más pesados, como el oxígeno, el silicio y, finalmente, el hierro. En ese momento, incapaces de mantener las reacciones termonucleares en su núcleo que empujan contra su propia gravedad masiva, colapsan sobre sí mismas y explotan en una supernova.

A pesar de quemar la mayor parte de su hidrógeno, algunas estrellas supermasivas conservan una capa exterior de gas de hidrógeno hasta el momento de su explosión. Pero un cierto tipo de supernovas, el Tipo IB, implica a estrellas que han perdido esta capa exterior de hidrógeno.

Científicos como el profesor de astronomía de la Universidad de Texas, Austin, Craig Wheeler, quisieran saber cómo esas estrellas pierden ese hidrógeno.

“Lo que estamos tratando de entender es qué hace que estas estrellas masivas exploten”, dijo. “Entender qué eyección de masa hacen poco antes de explotar es una pieza de esa, en cierto sentido, aún mayor historia de cómo evolucionan y mueren las estrellas masivas”.

En 2014, una estrella situada a 40 millones de años luz en la galaxia espiral NGC 7331 se convirtió en supernova, y los observadores la clasificaron rápidamente como de tipo 1B, ya que no había evidencia de hidrógeno en la luz procedente de la explosión. Pero a medida que Wheeler y sus colegas observaron la luz de SN 2014C durante los meses y años siguientes, quedaron desconcertados: empezaron a ver evidencias de hidrógeno donde no las había.

“Si miras una supernova que cuando estalla no tiene hidrógeno. Y luego, un poco más tarde, meses, un año, incluso una década más tarde, comienza a mostrar evidencia de la emisión de hidrógeno, eso sugiere que solía tener hidrógeno que voló en el medio circundante”, dijo el Dr. Wheeler. “Entonces la supernova explota y colisiona con ese hidrógeno previamente rechazado”.

Lo que el Dr. Wheeler y sus colegas sugieren en el artículo es que SN 2014C tuvo lugar en un sistema estelar binario y que la compañera de la estrella que explotó ayudó a extraer la capa exterior de hidrógeno de la estrella moribunda antes de que explotara. Los vientos estelares de ambas estrellas empujaron entonces el hidrógeno hacia el espacio que rodeaba a la pareja en una “envoltura común”.

Pero esa no es una idea nueva. Lo que el Dr. Wheeler cree que es importante es la forma de la envoltura común – sus hallazgos muestran que tiene que ser un disco.

“Hay un viejo chiste que dice que todos los físicos asumen primero que las vacas son esféricamente simétricas”, dijo el Dr. Wheeler, el punto es que los físicos a menudo hacen suposiciones simplificadoras sobre los fenómenos para empezar a trabajar en un problema. En el caso de SN 2014C, dijo, la mayoría de los modelos asumieron que la envoltura común alrededor de las dos estrellas era aproximadamente esférica, y que la explosión de la supernova se expandió esféricamente.

Pero cuando el Dr. Wheeler y su equipo analizaron todos los números, encontraron contradicciones en los datos siempre que trataron de ponerlos en un modelo simétrico y esférico.

“Tenía que ser asimétrico de alguna manera, y por eso hemos argumentado que [the hydrogen is] saliendo en un disco, y eso nos ayuda a poner todos los datos juntos en una imagen coherente”, dijo. “No sólo que podría ser asimétrico, sino que absolutamente debe ser asimétrico, es uno de los principales mensajes de nuestro trabajo”.

El material que orbita alrededor de objetos masivos en forma de disco no es inusual en astronomía, señala el Dr. Wheeler. La materia que gira alrededor de los agujeros negros antes de introducirse en ellos se comprime en forma de disco, los planetas se forman a partir de discos de polvo alrededor de las estrellas, y las propias galaxias son, hasta cierto punto, como discos.

Pero muchos físicos, dijo el Dr. Wheeler, han utilizado suposiciones esféricas al usar ordenadores para modelar supernovas de tipo Ib para calcular la “cosa más simple con la que pudieran salirse con la suya y que explorara lo que estaban viendo.”

“Vamos a tener que hacer una pausa en eso”, añadió.

Y aunque las preguntas sobre cómo los astrónomos modelan las supernovas pueden parecer arcanas para los lectores legos, el Dr. Wheeler señala que son piezas de un rompecabezas mucho más grande quecubre casi todo el cosmos. Las supernovas son las que generan los elementos más pesados, como el hierro, el silicio y el carbono, necesarios para los planetas y la vida similares a la Tierra, mientras que las estrellas de neutrones y los agujeros negros a los que dan lugar estas explosiones masivas tiran y retuercen el tejido de la propia realidad.

Entender mejor cómo se modelan las supernovas ayudará a los científicos a comprender mejor el universo, y el Dr. Wheeler sostiene que este modelo asimétrico puede aplicarse a muchas supernovas de todo el universo, y no sólo a la SN 2014C. Lo ha pensado mucho, pero admite que podría estar equivocado y espera la respuesta de la comunidad científica al artículo.

“Creo que nuestros colegas van a tener que sentarse y, ya sabes, frotarse la barbilla y pensar en esto y asimilarlo en su imagen”, dijo el Dr. Wheeler. “Hay una reunión en Múnich el próximo otoño a la que no estoy seguro de poder ir, pero todos estarán allí y sería muy divertido tener esta conversación”.