Imaginemos una estrella en los últimos días de su existencia. Se trata de una estrella colosal, en cuyo interior caben más de nueve veces la cantidad de materia de nuestro Sol. En los buenos momentos de su juventud, esta estrella brillaba azul y enceguecedora, pero ahora ha pasado el tiempo y se ha transformado en una mórbida, titánica y rojiza estrella supergigante, hinchada y temblorosa. Desde lejos, resulta imposible distinguir su superficie ya que, en los últimos años, ha desprendido un espeso halo de gas y polvo que la envuelve como un sudario y la oscurece, ocultando sus secretos. Se acerca la hora.
Si pudieramos visitar su interior, nos sorprendería lo raudo que está cambiando. ¡Se trata de un catastrófico desequilibrio! La región más interna, el “núcleo estelar” desde donde se originaba la energía de la estrella, ya no puede mantener estable su propia estructura. Súbitamente cae sobre sí mismo. Implota, colapsa a una velocidad vertiginosa. La multitud de capas de plasma que lo rodeaban tardan en reaccionar. Pero instantáneamente se encuentran con un hueco por debajo, como si se hubiera abierto una puerta trampa. Ya no está el material espeso en el cual solían apoyarse. ¡Ha colapsado el núcleo! Entonces, esa turba de capas candentes cae tumultuosamente hacia el núcleo que ha quedado comprimido y se ha transformado un cuerpo extraordinariamente rígido. La materia brama con un grito de millones de partículas que, aturdidas, tratan de escapar raudamente del caos del cataclismo. Las ardientes capas golpean al núcleo y rebotan, cabalgando una poderosa onda de choque que crece hacia afuera y que avanza a una velocidad descomunal. Rápidamente la tremenda perturbación alcanza el borde externo de la supergigante y… ¡FLASH! Un destello cegador barre el espacio. La estrella moribunda ha explotado. Es una supernova.
Este sencillo relato está basado de manera muy libre en lo que predicen algunos modelos científicos, porque seguramente nuestra imaginación no es suficiente como para darnos una imagen cercana a lo que ocurre durante una supernova. Es un escenario vertiginoso y arrollador. Pero, más allá de la secuencia de eventos que tiene lugar durante la explosión en sí misma, lo más difícil de determinar es el preciso momento en qué explotará una estrella. Se puede anticipar que una cierta estrella se encuentra en un estado próximo a la catástrofe (por ejemplo, si es una estrella supergigante roja oscurecida por gas y polvo), pero no podemos saber exactamente cuándo ocurrirá la explosión. Puede suceder hoy, el próximo mes o en miles de años… Es por eso que, en general, apenas se detecta una explosión de supernova, la comunidad astronómica internacional busca raudamente las observaciones previas de esa región del cielo, con el fin de descubrir el objeto que explotó y estudiar minuciosamente sus características. El análisis detallado del progenitor de una supernova puede dar claves que predigan cuán cercano está el momento del evento cataclísmico. Si pudiera determinarse alguna manifestación clara previa a la supernova, entonces sería posible predecir estas colosales explosiones.
El 19 de mayo de 2023 apareció en el cielo, en la constelación de la Osa Mayor, la supernova 2023ixf. Aunque no era visible a simple vista (requería de potentes telescopios para observarla), la supernova se encontraba en la galaxia M101, una galaxia cercana en términos astronómicos (aunque lejana en términos humanos). Como se trataba de la supernova más cercana de los últimos tiempos, la comunidad mundial se puso en movimiento para descubrir qué estrella se encontraba, previamente, en el preciso lugar donde ahora se desarrollaba la explosión. Así se estudiaron con detalle, numerosas observaciones anteriores del Telescopio Espacial Hubble y de otros telescopios. Finalmente se encontró que el objeto que había explotado era, como se esperaba, una estrella supergigante roja. Sin embargo, los distintos artículos científicos sobre esta estrella no se ponían de acuerdo sobre la masa inicial de esta estrella. La masa de una estrella es decisiva ya que determina su evolución. Por ejemplo, dependiendo de la masa inicial de una estrella masiva, el núcleo colapsado podría transformarse en una extraña y ultracompacta estrella de neutrones o en un acechante agujero negro. Para el progenitor de la supernova 2023ixf, los valores de la masa estimados por los distintos astrónomos estaba entre 10 y 20 veces la masa del Sol, un rango demasiado amplio y vago.
Una visión diferente y esclarecedora sobre la estrella progenitora de la supernova 2023ixf fue aportada por el grupo de investigación llamado S.O.S. (“Supernova Observations and Simulations”), perteneciente al IALP y a la Facultad de Ciencias Astronómicas y Geofísicas (FCAG) de la Universidad Nacional de La Plata (UNLP). Varios miembros de este grupo publicaron dos estudios separados en una de las revistas científicas sobre astronomía más prestigiosas del mundo: Astronomy & Astrophysics.
El primer artículo está firmado por los Dres. Melina C. Bersten, Gastón Folatelli, Laureano Martinez y María Pía Piccirilli, y por los Lic. Tomás Regna, Michele Román Aguilar y Keila Ertini, pertenecientes al IALP (CONICET – UNLP) y a la FCAG (UNLP), juntamente con la Dra. Mariana Orellana de la Universidad Nacional de Río Negro (UNRN).
En este trabajo, el equipo investigó la llamada “curva de luz” de la supernova 2023ixf. La curva de luz es la manera en que el brillo de la supernova aumenta rápidamente de intensidad durante la explosión para continuar en un lento declive hasta, aproximadamente, unos cien días posteriores al evento. Para determinar la curva de luz, ellos consideraron la luz visible, junto a la luz infrarroja y ultravioleta de la explosión. También analizaron los cambios en la velocidad del material a medida que la explosión se expandía por el espacio. Con esa información, construyeron un modelo físico de la explosión que fue capaz de explicar, simultáneamente, las características de ambas observaciones. El modelo indica que la estrella progenitora de la supernova era una supergigante roja con una masa de alrededor de 11 veces la masa del Sol, y un radio de 720 veces el radio solar (¡una estrella con un tamaño comparable a la órbita de Júpiter!). Estos resultados coinciden con algunas determinaciones previas de la masa estelar del progenitor, mostrando claramente que la estrella inicial pre-supernova no era excesivamente grande.
Los integrantes del grupo S.O.S. De izquierda a derecha, arriba: Tomás Regna, Axel Méndez y Gastón Folatelli. Al medio: Laureano Martinez, Melina Bersten, Lucía Ferrari y Michelle Román Aguilar. Debajo: Keila Ertini.
El segundo trabajo fue conducido por el Dr. Laureano Martinez, acompañado por los Dres. Bersten, Folatelli, Orellana y Ertini. En este artículo se analiza la pérdida de materia que la estrella progenitora había sufrido algunos años antes de la explosión. Para esto, los investigadores estudiaron con detalle, los primeros momentos de la explosión. Mediante modelos computacionales de la curva de luz y de la expansión de los restos de la estrella, pudieron determinar que, en esos instantes iniciales, se produjo un aumento súbito en el brillo. Ellos atribuyeron este exceso en el incremento de brillo, al choque del material de la misma supernova con gas y polvo que había sido expulsado previamente y que envolvía a la supergigante. Siendo los primeros en reproducir este aumento peculiar de brillo con sus simulaciones, de manera consistente con observaciones de la estrella varios años antes de la explosión, los expertos del grupo S.O.S. estimaron que este material había sido arrojado en la forma de un viento estelar lento, alrededor de 80 años antes del estallido.
De este modo, estos dos trabajos que han puesto en foco a la supernova 2023ixf, aportan una contribución completamente innovadora al entendimiento de la forma en que se desarrollan estas monumentales explosiones, especialmente en las tempranas y decisivas etapas. También han permitido estimar con precisión la naturaleza de la estrella progenitora (en especial, su masa), lo que conducirá a un progreso muy importante en los modelos físicos que buscan representar y comprender eventos tan formidables como la explosión de una supernova. No queda duda que estos dos artículos complementarios causarán un fuerte impacto en la comunidad astronómica internacional.
Título del artículo 1: “The progenitor of SN 2023ixf from hydrodynamical modelling“
Autores: Melina C. Bersten (IALP, FCAG, CONICET-UNLP), Mariana Orellana (UNRN, CONICET), Gastón Folatelli (IALP, FCAG, CONICET-UNLP), Laureano Martinez (IALP, UNRN), María Pía Piccirilli (FCAG, UNLP, CONICET), Tomás A. Regna (IALP, CONICET-UNLP), Lili Michelle Román Aguilar (IALP, FCAG, CONICET-UNLP) y Keila Ertini (IALP, FCAG, CONICET-UNLP).
Enlace al artículo: https://www.aanda.org/articles/aa/full_html/2024/01/aa48183-23/aa48183-23.html
Título del artículo 2: “Circumstellar interaction models for the early bolometric light curve of SN 2023ixf”
Autores: Laureano Martinez (IALP, UNRN), Melina C. Bersten (IALP, FCAG, CONICET-UNLP), Gastón Folatelli (IALP, FCAG, CONICET-UNLP), Mariana Orellana (UNRN, CONICET) y Keila Ertini (IALP, FCAG, CONICET-UNLP).
Enlace al artículo: https://www.aanda.org/articles/aa/full_html/2024/03/aa48142-23/aa48142-23.html
Redacción de la nota: Dr. Roberto O. J. Venero