Se revela la forma única de la explosión de la estrella tan solo un día después de su detección

Fuente ESO

Observaciones rápidas con el Very Large Telescope (VLT) del Observatorio Europeo Austral (ESO) revelaron la muerte explosiva de una estrella justo cuando la explosión atravesaba su superficie. Por primera vez, los astrónomos desvelaron la forma de la explosión en su etapa inicial y fugaz. Esta breve fase inicial no habría sido observable un día después y ayuda a responder a numerosas preguntas sobre cómo las estrellas masivas se convierten en supernovas.

Cuando la explosión de supernova SN 2024ggi fue detectada por primera vez la noche del 10 de abril de 2024, hora local, Yi Yang, profesor asistente de la Universidad de Tsinghua en Pekín, China, y autor principal del nuevo estudio, acababa de aterrizar en San Francisco tras un largo vuelo. Sabía que tenía que actuar con rapidez. Doce horas después, envió una propuesta de observación al ESO, que, tras un proceso de aprobación muy rápido, apuntó su telescopio VLT en Chile hacia la supernova el 11 de abril, tan solo 26 horas después de la detección inicial.

SN 2024ggi se encuentra en la galaxia NGC 3621, en dirección a la constelación de Hidra, a tan solo 22 millones de años luz de distancia, una distancia muy cercana en términos astronómicos. Con un gran telescopio y el instrumento adecuado, el equipo internacional sabía que tenía una oportunidad única para desentrañar la forma de la explosión poco después de que ocurriera. «Las primeras observaciones del VLT captaron la fase durante la cual la materia acelerada por la explosión cerca del centro de la estrella atravesó su superficie. Durante unas horas, la geometría de la estrella y su explosión pudieron observarse, y de hecho se observaron, simultáneamente», afirma Dietrich Baade, astrónomo del ESO en Alemania y coautor del estudio publicado hoy en Science Advances.

«La geometría de una explosión de supernova proporciona información fundamental sobre la evolución estelar y los procesos físicos que dan lugar a estos espectáculos cósmicos», explica Yang. Los mecanismos exactos que subyacen a las explosiones de supernovas de estrellas masivas, aquellas con más de ocho veces la masa del Sol, aún se debaten y constituyen una de las cuestiones fundamentales que los científicos desean resolver. La progenitora de esta supernova era una estrella supergigante roja, con una masa de 12 a 15 veces la del Sol y un radio 500 veces mayor, lo que convierte a SN 2024ggi en un ejemplo clásico de explosión de una estrella masiva.

Sabemos que, durante su vida, una estrella típica mantiene su forma esférica gracias a un equilibrio muy preciso entre la fuerza gravitatoria que tiende a comprimirla y la presión de su núcleo que tiende a expandirla. Cuando se agota su última fuente de combustible, el núcleo comienza a fallar. En las estrellas masivas, esto marca el inicio de una supernova: el núcleo de la estrella moribunda colapsa, las capas de masa circundantes caen sobre él y rebotan. Esta onda de choque de rebote se propaga hacia el exterior, desintegrando la estrella.

Una vez que la onda de choque atraviesa la superficie, libera cantidades inmensas de energía; la supernova entonces brilla con intensidad y se vuelve observable. Durante una fase efímera, la forma inicial de la explosión de una supernova puede estudiarse antes de que interactúe con el material que rodea a la estrella moribunda.

Esto es lo que los astrónomos han logrado por primera vez con el VLT de ESO, mediante una técnica llamada espectropolarimetría. «La espectropolarimetría proporciona información sobre la geometría de la explosión que otros tipos de observación no pueden ofrecer debido a la pequeñez de las escalas angulares», afirma Lifan Wang, coautor y profesor de la Universidad Texas A&M en Estados Unidos, quien fue estudiante de ESO al inicio de su carrera astronómica. Aunque la estrella en explosión se observa como un único punto, la polarización de su luz contiene pistas ocultas sobre su geometría, que el equipo logró descifrar. [1]

El único instrumento en el hemisferio sur capaz de capturar la forma de una supernova mediante esta medición es el FORS2, instalado en el VLT. Con los datos del FORS2, los astrónomos descubrieron que la explosión inicial de material tenía forma de aceituna. A medida que la explosión se propagaba y colisionaba con la materia circundante a la estrella, su forma se aplanaba, pero el eje de simetría del material eyectado permanecía inalterado. «Estos hallazgos sugieren un mecanismo físico común que impulsa la explosión de muchas estrellas masivas, el cual manifiesta una simetría axial bien definida y actúa a gran escala», según Yang.

Con este conocimiento, los astrónomos ya pueden descartar algunos de los modelos de supernova actuales y aportar nueva información para mejorar otros, lo que permite comprender mejor la poderosa muerte de estrellas masivas. «Este descubrimiento no solo transforma nuestra comprensión de las explosiones estelares, sino que también demuestra lo que se puede lograr cuando la ciencia trasciende fronteras», afirma el coautor y astrónomo del ESO, Ferdinando Patat. «Es un poderoso recordatorio de que la curiosidad, la colaboración y la acción rápida pueden revelar profundos conocimientos sobre la física que da forma a nuestro Universo».

Esta animación muestra una estrella en estado de supernova. A unos 22 millones de años luz de distancia, la supernova SN 2024ggi explotó en la galaxia NGC 3621. Utilizando el Very Large Telescope (VLT) del Observatorio Europeo Austral (ESO), los astrónomos lograron captar la fase inicial de la supernova, cuando la explosión atravesaba la superficie estelar. Observar la explosión tan pronto —26 horas después de su primera detección— reveló su verdadera forma. La supernova estalló con una forma similar a la de una aceituna. Esta es la primera observación de la forma de una explosión de supernova en esta fase tan temprana. A medida que la explosión se propagaba y colisionaba con el material circundante, su forma se aplanaba y su eje de simetría giraba. Sin embargo, en el interior de la explosión, el eje de simetría del material eyectado, intacto por la materia circundante y revelado por observaciones posteriores, permaneció inalterado.

Notas

[1] Las partículas de luz (fotones) poseen una propiedad llamada polarización. En una esfera, la forma de la mayoría de las estrellas, la polarización de los fotones individuales se anula, de modo que la polarización neta del objeto es cero. Cuando los astrónomos miden una polarización neta distinta de cero, pueden usar esa medición para inferir la forma del objeto —una estrella o una supernova— que emite la luz observada.

Referencia

• Yi Yang et al. , An axisymmetric shock breakout indicated by prompt polarized emission from the type II supernova 2024ggi.Sci. Adv.11,eadx2925(2025).DOI:10.1126/sciadv.adx2925