El hallazgo de un nuevo tipo de supernova resuelve un misterio medieval

Las supernovas son explosiones espectaculares que ocurren cuando las estrellas más gigantescas mueren y son engullidas por su propia gravedad. Hasta ahora, se han dividido en dos tipos principales: de colapso termonuclear y de núcleo de hierro. Una supernova termonuclear es la explosión de una enana blanca 'engordada' con la materia de una compañera en un sistema binario. Estas enanas blancas son los densos núcleos de ceniza que quedan después de que una estrella de baja masa (hasta unas ocho veces la masa del Sol) llega al final de su vida. Por su parte, una supernova de colapso del núcleo de hierro ocurre cuando una estrella masiva (más de diez masas solares), se queda sin combustible nuclear y su núcleo de hierro colapsa, creando un agujero negro o una estrella de neutrones.

Entre estos dos tipos principales de supernovas se encuentran las supernovas de captura de electrones , el tercer tipo ahora descubierto. Estas estrellas detienen la fusión cuando sus núcleos están hechos de oxígeno, neón y magnesio . No son lo suficientemente masivas para crear hierro.

Si bien la gravedad siempre está tratando de aplastar una estrella, lo que evita que la mayoría de las estrellas colapsen es la fusión en curso o, en los núcleos donde la fusión se ha detenido, el hecho de que no se pueden apretar más los átomos. En una supernova de captura de electrones, algunos de los electrones en el núcleo de oxígeno-neón-magnesio se estrellan contra sus núcleos atómicos en un proceso llamado captura de electrones. Esta eliminación de electrones hace que el núcleo de la estrella se doble por su propio peso y colapse, lo que resulta en una supernova.

Si la estrella hubiera sido un poco más pesada, los elementos centrales podrían haberse fusionado para crear elementos más pesados, prolongando su vida. Así que es una especie de situación de 'Ricitos de Oro' al revés: la estrella no es lo suficientemente liviana para escapar del colapso de su núcleo, ni es lo suficientemente pesada como para prolongar su vida y morir más tarde por diferentes medios.

Esa es la teoría que fue formulada en los años 80 por Ken'ichi Nomoto de la Universidad de Tokio y otros. A lo largo de las décadas, los teóricos han formulado predicciones sobre qué buscar en una supernova de captura de electrones. Las estrellas deberían tener mucha masa, perder mucha antes de explotar, y esta masa cerca de la estrella moribunda debería tener una composición química inusual. Entonces, la supernova de captura de electrones debería ser débil, tener poca lluvia radiactiva y tener elementos ricos en neutrones en el núcleo.

En el nuevo estudio, dirigido por Daichi Hiramatsu, un estudiante de posgrado de la Universidad de California Santa Bárbara y el Observatorio Las Cumbres (LCO), el equipo descubrió que la supernova SN 2018zd tenía muchas características inusuales, algunas de las cuales se veían por primera vez.

Al encontrarse a solo 31 millones de años luz de distancia, en la galaxia NGC 2146, el equipo pudo examinar imágenes de archivo tomadas por el Telescopio Espacial Hubble antes de la explosión y detectar la probable estrella progenitora, antes de que explotara. «Empezamos preguntándonos '¿qué es este bicho raro?'», reconoce Hiramatsu. «Luego examinamos todos los aspectos de SN 2018zd y nos dimos cuenta de que todos pueden explicarse en el escenario de captura de electrones», añade.

Los nuevos descubrimientos también iluminan algunos misterios de la supernova más famosa del pasado . En 1054 d.C. apareció una supernova en la Vía Láctea que, según los registros chinos y japoneses, era tan brillante que pudo verse a la luz del día durante 23 días y por la noche durante casi dos años. El remanente resultante, la Nebulosa del Cangrejo, se ha estudiado con gran detalle.

La Nebulosa del Cangrejo era anteriormente el mejor candidato para una supernova de captura de electrones, pero su estado era incierto en parte porque la explosión ocurrió hace casi mil años. El nuevo resultado, publicado en 'Nature Astronomy' , aumenta la confianza de que el histórico SN 1054 fue una supernova de captura de electrones. También explica por qué esa supernova era relativamente brillante en comparación con los modelos: su luminosidad probablemente fue mejorada artificialmente por la eyección de la supernova que colisionó con el material desprendido por la estrella progenitora, como se vio en SN 2018zd.

«Estoy muy contento de que finalmente se haya descubierto la supernova de captura de electrones, que hace 40 años mis colegas y yo predijimos que existía y que tenía una conexión con la Nebulosa del Cangrejo», afirma entusiasmado Ken Nomoto, de la Universidad de Tokio. «Aprecio mucho los grandes esfuerzos involucrados en la obtención de estas observaciones. Este es un caso maravilloso de combinación de observaciones y teoría», dice.

«El término 'piedra Rosetta' se usa con demasiada frecuencia como una analogía cuando encontramos un nuevo objeto astrofísico –indica Andrew Howell, científico del Observatorio Las Cumbres y profesor adjunto en UCSB–, pero en este caso creo que es apropiado. Esta supernova nos está ayudando literalmente a decodificar registros milenarios de culturas de todo el mundo. Y nos está ayudando a asociar una cosa que no entendemos completamente, la Nebulosa del Cangrejo, con otra cosa de la que tenemos registros modernos increíbles, esta supernova. En el proceso, nos está enseñando sobre física fundamental: cómo se forman algunas estrellas de neutrones, cómo viven y mueren las estrellas extremas, y cómo los elementos de los que estamos hechos se crean y se dispersan por el universo».