iPTF14hls: una extraña estrella que se niega a morir

Tras el críptico nombre de iPTF14hls se esconde un fenómeno que está trayendo de cabeza a la comunidad científica. Se trata de una supernova que desafía el conocimiento actual sobre la formación y muerte de las estrellas…

iPTF14hls: una supernova atípica

iPTF14hls

Concepto artístico de la explosión de una supernova.
Crédito: European Southern Observatory/M. Kornmesser

Las estrellas con más de 8 veces la masa del Sol terminan su vidas en forma de supernova. Son uno de los fenómenos más energéticos del universo. La explosión de una única estrella puede rivalizar, durante un breve tiempo con el brillo de toda una galaxia. Tras la explosión de la supernova, caben diferentes posibilidades. En función de su masa inicial, tras de sí quedan dos objetos diferentes… O bien una estrella de neutrones, o bien un agujero negro.

Las supernovas que se forman tras el colapso de estrellas supermasivas suelen alcanzar rápidamente su brillo máximo. Después, se desvanecen en un período de unos 100 días, a medida que pierde la energía emitida. Hasta aquí la historia es bastante conocida. Sin embargo, iPTF14hls no sigue este patrón tan conocido y bien definido. Durante más de dos años, ha perdido y aumentado su brillo…

Inicialmente, todo apuntaba a que iPTF14hls era un hallazgo rutinario. Una supernova de tipo II-P (el tipo explica, principalmente, el comportamiento de su luz tras la explosión). Es la supernova más común que se suele ver en el cosmos. Además, todo apuntaba a que ya estaba comenzando a desvanecerse. De hecho, el observatorio que hizo el hallazgo continuó con otros trabajos, al estar en una colaboración de 7,5 años en busca de objetos más prometedores.

Un cambio inesperado

Esta doble imagen muestra la observación de iPTF14hls en 1954, por el observatorio Palomar. Después, en 1993, se puede ver de nuevo. Las supernovas explotan solo una vez, sin embargo, esta estrella parece haber explotado dos veces en 60 años…
Crédito: Phys.org, Nature. POSS/DSS/LCO/S. Wilkinson.

Pero las cosas cambiaron unos cinco meses después, en febrero de 2015. Un estudiante, que trabajaba para Iair Arcavi, el autor principal del estudio, se dio cuenta de que el objeto se había vuelto más brillante. Es un comportamiento completamente atípico. Las supernovas no recuperan brillo. Lo pierden gradualmente hasta que desaparecen. Inicialmente, se consideró que podría ser una estrella local, en la Vía Láctea.

En ese caso, parecería más brillante por estar cerca. Además, hay estrellas variables, con una luminosidad cambiante a lo largo del tiempo. Pero tras varias observaciones, lo que se demostró es que no era un objeto ni remotamente cercano. En su lugar, se trata de una supernova producida en una pequeña galaxia irregular, a unos 500 millones de años-luz de distancia de la Tierra. Cualquier cosa menos cerca…

Y eso solo fue el principio. Tras 100 días desde la explosión, la supernova tenía el aspecto que suelen mostrar 30 días después de la explosión. Dos años después, el espectro todavía se parecía al de una supernova que hubiese explotado tan solo dos meses antes. Hace poco, iPTF14hls ha vuelto a ser visible tras estar oculta por el Sol. Han pasado tres años, y todavía es más brillante de lo que debería. Eso sí, solo tiene una centésima parte de su brillo máximo y parece estar desvaneciéndose.

iPTF14hls, un fenómeno de difícil explicación

Esta imagen muestra una colisión simulada entre dos caparazones de material expulsados por la explosión de una supernova de inestabilidad de par pulsacional.
Crédito: Ke-Jung Chen/School of Physics and Astronomy, University of Minnesota

El principal problema de todo esto es que, simplemente, no hay una teoría o modelo que explique las observaciones. Las supernovas explotan, suben su brillo descomunalmente, y luego se desvanece. Esta, sin embargo, puede que se desvanezca, puede que aumente de brillo, o que desaparezca de golpe. Porque, como cuenta el propio Arcavi, en esa misma región ya hubo una supernova en 1954…

Es decir, es posible que, en realidad, estemos viendo algo que comenzó a suceder hace algo más de 60 años. Según el propio investigador, hay solo de un 1 a un 5% de posibilidad de que ambos eventos no estén relacionados. Y, aunque fuese así, sería incluso más sorprendente. Nunca se han observado dos supernovas, no relacionadas, en el mismo lugar, separadas por varias décadas de diferencia. No encaja con lo que conocemos.

Así que hace falta pensar en posibles explicaciones. Sea lo que sea lo que le esté pasando a iPTF14hls, queda claro que no se trata de una supernova normal y corriente, como parecía inicialmente. Eso sí, ya se han planteado un par de hipótesis que los investigadores creen que podrían ayudarnos a desvelar el misterio. Este caso es, a fin de cuentas, un recordatorio más de que todavía hay muchas cosas que no conocemos sobre el universo.

Las posibles explicaciones para iPTF14hls: una estrella muy masiva

Concepto artístico de la explosión de una estrella. Crédito: NASA

La primera posibilidad está directamente relacionada con la famosa ecuación de Albert Einstein: E=mc2. Con esta fórmula, el genial físico demostró que la materia y la energía son intercambiables. Las estrellas queman materia, convirtiéndola en energía. En su interior fusionan elementos ligeros como el hidrógeno y el helio en elementos más pesados. Estos elementos se van acumulando en el núcleo, y también liberan energía.

Cuando una estrella, con 80 veces la masa del Sol, alcanza una temperatura de 1.000 millones de grados Celsius, esta equivalencia entre materia y energía produce pares de electrones y sus antipartículas, positrones. Como probablemente sepas, las partículas y las antipartículas se aniquilan mutuamente al entrar en contacto. Este proceso roba energía a la estrella, y provoca que su tamaño se reduzca gradualmente.

Pero cuando esto sucede, la temperatura en el núcleo de la estrella sigue aumentando. A los 3.000 millones de grados Celsius, el oxígeno se fusiona de forma explosiva. De tal forma que se expulsan enormes cantidades de material y se repite el ciclo. Todo este proceso se repite una y otra vez hasta que la estrella termina alcanzando una masa estable. Cuando el frente de uno de esos caparazones de material choca con el borde de uno expulsado anteriormente, se libera energía en forma de luz.

Una supernova de inestabilidad de par pulsacional

Concepto artístico de la explosión de una supernova.
Crédito: Shutterstock/Jurik Peter

La estrella sigue fusionando oxígeno y elementos más masivos, hasta el hierro. A partir de ese punto, la reacción deja de liberar suficiente energía como para evitar que la estrella colapse sobre sí misma. O dicho de otro modo, una estrella como la que pudo dar origen a iPTF14lhs colapsaría sobre sí misma, formando un agujero negro, sin que hubiese una explosión. Es un fenómeno conocido como una supernova de inestabilidad de par pulsacional.

Podría explicar la luminosidad observada en iPTF14lhss, así como el brillo cambiante del objeto. Eso sí, esta hipótesis requeriría que la estrella tuviese 105 veces la masa del Sol. Además, no es un modelo exactamente perfecto. El modelo de una supernova de este estilo no encaja con la cantidad de energía liberada por la estrella. La primera explosión, la de 2014, ya tuvo más energía de lo que predice el modelo para todas las explosiones combinadas.

Además, este fenómeno nunca ha sido observado. Es decir, no ha sido verificado de forma directamente. Se sospecha que sucede, porque las estrellas de entre 80 y 140 masa solares deben existir. Son las que pueden producir este tipo de fenómenos, y deberían morir. Así que, en algún lugar, deberíamos poder observar este fenómeno, pero, por ahora, nadie lo ha observado. Así que el modelo no termina de encajar, y encima no es algo que hayamos verificado…

Una supertormenta magnética

Recreación artística de una supernova vista desde un planeta a 100.000 años-luz.
Crédito: Beijing Planetarium / Jin Ma

Pero cabe otra posibilidad. Necesitaríamos una estrella que tenga entre 20 y 30 veces la masa del Sol. Después de explotar en forma de supernova clásica, la estrella podría haberse comprimido en una estrella de neutrones con un campo magnético particularmente potente: un magnetar. Una estrella de neutrones tiene alrededor de 1,5 veces la masa del Sol confinados en un objeto de apenas unos 20 kilómetros de diámetro.

Una estrella de neutrones que rotase 1.000 veces por segundo tendría más energía que una supernova. Además, generaría un campo magnético de 100 y 100.000 billones (con b, no hay errata alguna) de veces la intensidad del campo magnético de la Tierra. A medida que la estrella girase, a lo largo de los meses, su campo magnético podría traspasar parte de su energía de rotación a los restos de la supernova, provocando que brillen.

Pero, de nuevo, como con la hipótesis anterior, nos encontramos con que este modelo tampoco termina de encajar. No logra explicar los picos y caídas de brillo de iPTF14hls. Además, no está del todo claro cuál sería el proceso físico de un fenómeno así. En cualquier caso, a medida que el objeto siga liberando energía, Arcavi espera poder observar la estructura del objeto en mayor detalle. Si es un magnetar, se podrán ver los rayos X, oscurecidos por la propia supernova por ahora.

Otras lecturas interesantes de iPTF14hls

Comparación entre el brillo y evolución de una supernova normal (en azul) e iPTF14hls.
Crédito: S. Wilkinson/LCO

La existencia de este objeto también es interesante por otros motivos. Aunque está lejos, a 500 millones de años-luz, está lo suficientemente cerca de nuestro planeta como para considerar que el universo era el mismo en el momento de la explosión (en cuanto a composición y organización) hace 500 millones de años, que en la actualidad. Si fue una supernova de inestabilidad, querría decir que las estrellas de más de 100 masas solares, que debieron abundar en el pasado del universo, todavía se están formando.

Además, en este fenómeno se ha observado mucho más hidrógeno del que se esperaba encontrar. La explosión de 1954 debería haber expulsado la mayor parte del hidrógeno de la estrella. Así que los astrofísicos tendrán que revisar los modelos de las supernovas para comprender cómo es posible que esto pueda suceder. El hallazgo también afecta al estudio de las galaxias, porque iPTF14hls podría tener consecuencias nada despreciables…

La energía de la gravedad que mantiene la galaxia (en la que se encuentra) unida es, aproximadamente, la misma que la energía que ha sido liberada en la supernova. Es decir, si se produjesen varias supernovas así, en esa pequeña galaxia irregular, a 500 millones de años-luz, podría provocar que toda la galaxia se desligase gravitatoriamente hablando. En cierto modo, podríamos imaginarlo como un mecanismo de destrucción de la galaxia.

Las observaciones continuarán

Imagen del telescopio Hubble poco después de separarse del transbordador Discovery, en 1990.
Crédito: NASA

De momento, lo que ya sabemos es que el equipo de Arcavi va a seguir observando iPTF14hls durante, al menos, dos años más. Además, un conjunto de telescopios y observatorios de todo el mundo se va a unir al proyecto. Entre ellos ya se cuentan los operadores del Nordic Optical Telescope, de Suecia, ubicados en las Islas Canarias, en España. Se encargarán de observar el objeto a medida que sigue desvaneciéndose y cae más allá de lo que las herramientas de Arcavi pueden detectar.

La nave Swift, de la NASA, por su parte, buscará emisiones de rayos X procedentes del fenómeno. Además, el telescopio Hubble también participará en la misión, haciendo observaciones de la ubicación de la estrella a partir de diciembre. Según cuentan los investigadores, habrá otras. Lo único que está claro es que hay mucho trabajo por hacer, y que estos dos años serán de un trabajo incesante para comprender mejor la naturaleza de esta extraña estrella.

No cabe duda de que será una labor apasionante. Es posible que se termine confirmando alguna de la dos hipótesis que se han planteado por ahora. O, en su lugar, que se descubra algún tipo de objeto o fenómeno nuevo que hasta ahora no se había contemplado. Podría ser, por poner un ejemplo, una explosión de supernova que se ha visto alterada de algún modo (no sabría decir cuál, solo intento ilustrar que hay otros escenarios).

El estudio es I. Arcavi, D. Howell et al; “Energetic eruptions leading to a peculiar hydrogen-rich explosion of a massive star”. Publicado en la revista Nature el 8 de noviembre. Puede ser consultado en este enlace.

Referencias: Space

Alex Riveiro

Amante de la astronomía. Hablo de todo lo relacionado con el universo y sus conceptos de una manera amena y sencilla. Desde los púlsares hasta la historia de la astronomía en Al-Andalus.

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1 respuesta

  1. Bonderman dice:

    Leído.

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