Un estudio español revela cómo detectar supernovas a una velocidad récord

El estudio de estas titánicas explosiones ha aportado, y aporta, valiosa información sobre el origen de los elementos pesados, como el oro, el platino o el uranio, que no se forjan en los hornos nucleares de las estrellas. Y algunas, las del Tipo Ia, tienen todas un brillo intrínseco tan similar que pueden ser utilizadas como 'candelas estándar' para medir grandes distancias cósmicas. Algo que, a principios de la década de 1990 llevó a uno de los más sorprendentes descubrimientos de la cosmología moderna, la expansión acelerada del Universo.

Por eso, estudiarlas es tan importante. Y hacerlo, además, de la forma más rápida posible después de su explosión. Algo que no resulta fácil. Las supernovas, de hecho, aparecen ante nuestros ojos, y ante los instrumentos astronómicos, como súbitos destellos brillantes que aparecen en el cielo sin previo aviso, en lugares donde nada era visible apenas unos momentos antes.

Debido a esta impredecibilidad, las supernovas han sido difíciles de estudiar durante mucho tiempo. Algo que los astrónomos, que ahora las descubren casi a diario, han conseguido mejorar a lo largo de los años gracias a nuevas técnicas de observación. Pero sólo con detectarlas rápido no es suficiente. Para entender del todo tanto las explosiones en sí como los cuerpos celestes que las desencadenaron se necesitan también nuevos métodos y protocolos que permitan analizarlas lo más cerca posible del momento de su detección.

Y eso es precisamente lo que ha hecho un equipo de investigadores del Instituto de Ciencias del Espacio (ICE.CSIC) de Barcelona. Bajo la dirección de Lluis Galbany, y en un artículo recién publicado en 'Journal of Cosmology and Astroparticle Physics', los científicos han presentado una metodología que es capaz de obtener, a través de sus espectros luminosos, los datos más tempranos posibles de supernovas, idealmente dentro de las primeras 48 horas, o incluso 24 horas de la 'primera luz'.

Como se ha dicho, 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 -explica Galbany- involucran estrellas cuya masa inicial no superó las ocho masas solares. 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, respaldadas por un efecto cuántico llamado presión de degeneración de electrones».

Pero si una estrella de este tipo forma parte de un sistema binario, señala el investigador, es capaz, gracias a su gran densidad, de 'robar' materia a su compañera. Y esa masa adicional aumenta la presión interna hasta que la enana blanca se 'indigesta' y explota como una supernova del Tipo Ia.

«La segunda categoría principal -prosigue Galbany- involucra estrellas muy masivas, por encima de las ocho masas solares. Brillan gracias a la fusión nuclear en sus núcleos, pero una vez que la estrella ha quemado átomos progresivamente más pesados, hasta el punto en que la fusión adicional ya no produce energía, el núcleo colapsa. En ese momento, la estrella entera colapsa porque la gravedad ya no está contrarrestada; la rápida contracción aumenta drásticamente la presión interna y desencadena la explosión».

Cuando esto sucede, las primeras horas y días después de la explosión resultan cruciales, ya que preservan información directa sobre el sistema progenitor, lo que ayuda a distinguir entre los distintos modelos de explosión, estudiar parámetros críticos y analizar el entorno local. «Cuanto antes las veamos, mejor», afirma Galbany.

Históricamente, obtener datos tan inmediatos resultaba muy difícil, porque la mayoría de las supernovas se descubrían días o semanas después de su explosión. Pero los estudios modernos de campo amplio y alta cadencia, que cubren grandes franjas de cielo y las revisan con frecuencia, están cambiando esa imagen y permiten descubrirlas en cuestión de horas o días. Sin embargo, hacen falta nuevos protocolos y criterios para explotar plenamente estos estudios.

En su trabajo, Galbany y su equipo pusieron a prueba nuevos protocolos en observaciones reales hechas con el Gran Telescopio de Canarias (GTC). El estudio informa sobre diez supernovas, la mitad termonucleares y la mitad fruto del colapso del núcleo. La mayoría de ellas se observaron dentro de los seis días posteriores a la explosión y, en dos casos, dentro de las primeras 48 horas.

El protocolo comienza con una búsqueda rápida de candidatos basada en dos criterios: la señal de luz 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 -explica Galbany- lo que significa que estamos viendo una supernova de colapso del núcleo. Conocer la supernova en sus momentos iniciales también nos permite buscar otros tipos de datos sobre el mismo objeto. Y esas curvas de luz muestran cómo aumenta el brillo en la fase inicial. Si vemos pequeñas protuberancias, puede significar que la otra estrella de un sistema binario fue tragada por la explosión».

Debido a que este primer estudio logró recopilar datos a solo 48 horas de una explosión, los autores concluyen que es posible conseguir observaciones incluso más rápidas. «Lo que acabamos de publicar es un estudio piloto -afirma Galbany-. Pero ahora sabemos que un programa espectroscópico de respuesta rápida, bien coordinado con estudios fotométricos profundos, puede recopilar espectros de manera realista dentro del primer día de la explosión, allanando el camino para estudios sistemáticos de las fases más tempranas en los próximos grandes sondeos».