Un auténtico monstruo cósmico, pillado en plena explosión

Y la estrella que fue antes pertenece al grupo de Wolf-Rayet, auténticos gigantes cósmicos 20 veces más masivos que el Sol y por lo menos cinco veces más calientes. En comparación, nuestro Sol (que puede parecernos muy impresionante porque es 330.000 veces más masivo que la Tierra, representa el 99,86% de la masa total del sistema solar, genera alrededor de 400 billones de billones de vatios de potencia por segundo y tiene una temperatura de superficie de aproximadamente 10.000 grados centígrados) es poco más que un peso ligero.

Pero las estrellas Wolf-Rayet son relativamente raras y a menudo oscuras, por lo que los científicos no saben mucho acerca de cómo se forman, viven y mueren, así que la nueva observación, realizada con el Palomar Transient Factory (iPTF), en el Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley (Berkeley Lab), ubicado en el Departamento de Energía de EE.UU., puede ser de gran ayuda.

«Las nuevas capacidades de observación nos permiten ahora estudiar las estrellas que estallan de maneras que sólo podíamos soñar antes. Estamos avanzando hacia los estudios en tiempo real de las supernovas», dice Gal-Yam, astrofísico en el Departamento de Física de Partículas y Astrofísica del Instituto Weizmann.

«Esta es la evidencia. Por primera vez, podemos apuntar directamente a una observación y decir que este tipo de Wolf- Rayet conduce a esta supernova de tipo IIb», dice Peter Nugent, del Centro de Berkeley Lab.

«Cuando identifiqué el primer ejemplo de una supernova de tipo IIb en 1987, soñaba con que algún día tendríamos una prueba directa de qué tipo de estrella que explotó. Es estimulante poder decir ahora que las Wolf- Rayet son responsables, al menos en algunos casos», dice Alex Filippenko, profesor de Astronomía en la Universidad de Berkeley y coautor del artículo, que se publica en la revista Nature.

Algunas estrellas supermasivas se convierten en Wolf-Rayets en la etapa final de sus vidas. Los científicos encuentran estas estrellas interesantes porque enriquecen las galaxias con los elementos químicos pesados que con el tiempo se convierten en los componentes básicos de los planetas y la vida.

«Estamos determinando poco a poco qué tipo de estrellas explotan, por qué y qué clase de elementos producen», relata Filippenko, quien añade que esos elementos son fundamentales para la existencia de vida. Todas las estrellas, no importa cuál sea el tamaño, se pasan la vida fusionando átomos de hidrógeno para crear helio, de forma que, cuanto más masiva es una estrella, más gravedad ejerce, lo que acelera la fusión en el núcleo de la estrella, generando energía para contrarrestar el colapso gravitatorio.

Cuando el hidrógeno se agota, una estrella supermasiva continúa fusionando los elementos todavía más pesados, como carbono, oxígeno, neón, sodio, magnesio y así sucesivamente, hasta que su núcleo se convierte en hierro. En este punto, los átomos (incluso las partículas subatómicas) se almacenan tan estrechamente que la fusión ya no libera energía en la estrella. Entonces, únicamente se apoya en la presión de la degeneración de electrones, la ley mecánica cuántica que prohíbe a dos electrones ocupar el mismo estado cuántico.

Cuando el núcleo es lo suficientemente masivo, incluso la degeneración de electrones no soporta la estrella y se derrumba. Los protones y los electrones del núcleo se fusionan, liberando una enorme cantidad de energía y neutrinos, lo que, a su vez, alimenta una onda de choque que rasga la estrella y expulsa sus restos violentamente hacia el espacio, convirtiéndose en una supernova.

La fase de Wolf-Rayet se produce antes de la supernova. Como la fusión nuclear se ralentiza, los elementos pesados forjados en el núcleo de la estrella suben a la superficie provocando fuertes vientos, que arrojan una enorme cantidad de material en el espacio y oscurecen la estrella a la vista de los telescopios de la Tierra.

«Cuando una estrella Wolf-Rayet se convierte en supernova, la explosión rebasa el viento estelar y toda la información acerca de la estrella progenitora se va», dice Nugent. «Tuvimos suerte con SN 2013cu, puesto que captamos la supernova antes de que desapareciera con el viento. Poco después de que la estrella explotara, soltó un destello ultravioleta de la onda de choque que calentó e iluminó el viento. Las condiciones que observamos en ese momento eran muy similares a lo que había antes de la supernova», detalla.

Antes de que los restos de la supernova alcanzaran el viento, el equipo de iPTF logró capturar sus firmas de luz química (o espectros) con el telescopio terrestre Keck, en Hawai, Estados Unidos, y vio los signos reveladores de una estrella Wolf-Rayet. Cuando estos expertos realizaron observaciones de seguimiento 15 horas más tarde con el satélite Swift de la NASA, la supernova era todavía muy caliente y emitía fuertemente la luz ultravioleta. En los días siguientes, los colaboradores de IPTF sumaron a telescopios de todo el mundo para ver el choque de la supernova en el material que había sido expulsado previamente de la estrella. Conforme pasaban los días, los investigadores lograron clasificar SN 2013cu como una supernova de tipo IIb por las débiles firmas de hidrógeno y los fuertes rasgos de helio en el espectro que apareció después de que la supernova se enfriara.