Después de 20 años de investigación: ¿Se ha resuelto el misterio de las supernovas extremadamente brillantes?
Se necesitaron décadas de investigación para detectar claramente la radiación gamma de una clase de supernovas particularmente brillante. Los datos de observación de SN 2017egm refuerzan la idea de que un magnetar que gira rápidamente está impulsando el enorme brillo de la poderosa explosión.
Messier 1 se formó en 1054 tras la explosión de una supernova. En su centro hay una estrella de neutrones aislada que gira unas 30 veces por segundo. La rápida rotación empuja un viento de partículas de alta energía que emiten intensos rayos X y rayos gamma hacia una estructura a gran escala: la nebulosa del viento púlsar. La imagen compuesta consta de datos de rayos X del Telescopio Espacial Chandra de la NASA (blanco azulado) y datos infrarrojos del Telescopio Espacial James Webb.
Durante casi 20 años, los astrónomos han buscado señales de rayos gamma en datos del Telescopio Espacial Fermi de la NASA procedentes de miles de supernovas superluminosas (SLSN). Había algunos candidatos prometedores, pero ninguno pudo confirmarse claramente. Ahora, un equipo internacional dirigido por el astrónomo Fabio Acero del Centro Nacional de la Investigación Científica de Francia y la Universidad de Paris-Saclay ha logrado un gran avance: SN 2017egm es la primera supernova en la que se puede detectar de manera inequívoca la firma de los rayos gamma. El descubrimiento proporciona la mejor evidencia hasta la fecha de una estrella de neutrones central extremadamente magnetizada, un magnetar, como fuente de energía para un brillo extremo, incluso mucho después de la explosión real.
SN 2017egm fue descubierta en mayo de 2017 en la galaxia NGC 3191, a unos 440 millones de años luz de nosotros, en la constelación de la Osa Mayor, y pertenece a una rara clase de explosiones estelares cuyo brillo visual puede exceder de 10 a 100 veces el de las supernovas normales de colapso del núcleo (ver “Cegados por la luz”). Aunque en estos últimos la energía del resplandor proviene principalmente de la desintegración radiactiva del isótopo níquel-56, este proceso no es suficiente para explicar la enorme luminosidad de los SLSN.
La supernova extremadamente brillante SN 2017egm fue descubierta por la misión europea Gaia el 23 de mayo de 2017 y explotó en la enorme galaxia espiral barrada NGC 3191. Las imágenes del espectro visual muestran la galaxia anfitriona antes de la explosión de la supernova (izquierda) y poco más de un mes después, el 1 de julio de 2017 (derecha): una región brillante es claramente visible. Puedes ver la región emisora, que eclipsa a toda la galaxia.
Aquí es donde entra en juego el modelo magnetar: la estrella de neutrones que queda después de la explosión de una estrella masiva gira cientos de veces por segundo y tiene campos magnéticos extremos. En su interior, las partículas cargadas de alta energía se convierten en radiación gamma. Pero en la etapa inicial de una supernova, los restos de la estrella anterior todavía son demasiado densos, por lo que la radiación de alta energía inicialmente se absorbe y se reemite en rangos de longitud de onda más cortos. Esto explica la enorme luminosidad de la vista. Sólo después de que el material se haya expandido y enfriado lo suficiente, puede “fugarse” la radiación gamma. Como resultado, en el caso de SN 2017egm, los instrumentos a bordo del Fermi no funcionaron correctamente hasta 50 a 160 días después de la explosión.
Durante mucho tiempo se ha discutido una interacción con la materia circunestelar (CSM) como una explicación alternativa para la radiación gamma, pero la relación entre gamma y brillo visual es cercana a 1 en SN 2017egm y, por lo tanto, es un factor 100 mayor que los eventos impulsados por CSM, como las novas recurrentes. Además, el espectro de la supernova extremadamente brillante muestra líneas de oxígeno que indican excitación por radiación no térmica. El modelo Magnetar es, por tanto, el superior para el caso SN 2017egm.
El equipo también está estudiando la capacidad de futuros telescopios terrestres de rayos gamma, como el Observatorio Cerenkov Telescope Array, para detectar eventos similares. Según el equipo, con un tiempo de observación de unas 50 horas, estas supernovas podrían detectarse a una distancia de unos 500 millones de años luz.
Acero, F. et al., Astronomía y Astrofísica 10.1051/0004–6361/202558547, 2026
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