Explosiones de supernovas asimétricas

SN2010jl Como bien muestra el Sol, las estrellas son esferas casi perfectas hechas de gas incandescente. Cabría esperar que una estrella conservara esta forma incluso en los trances más espectaculares que puedan suceder a lo largo de su vida. Por eso se solía admitir que presentarían simetría esférica tanto los lentos y sostenidos vientos estelares que emiten las estrellas masivas, como las explosions cataclísmicas llamadas supernovas y que marcan el fin de algunos astros. En ambos casos se suponía que se producirían nubes casi esféricas formadas por materia expulsada por la estrella.

Sin embargo, avances recientes en la observación de supernovas están aportando cada vez más indicios que muestran que la explosión de una estrella casi esférica puede dar como resultado una bola de fuego muy deformada.

Supernovas de varios tipos

Las explosiones estelares más potentes reciben el nombre de supernovas. Alcanzan luminosidades tan sobrecogedoras que se tornan visibles a través de distancias intergalácticas enormes. Algunas supernovas son el resultado de la interacción de ciertas estrellas peculiares, las enanas blancas, con otras estrellas situadas en sus cercanías. Se trata de las supernovas termonucleares. Otras explosions, las supernovas de colapso del núcleo o supernovas gravitatorias, se producen cuando mueren estrellas muy masivas. Estas estrellas agotan el combustible que las hace brillar, la fuente de energía que sostiene sus estructuras internas frente a la tendencia hacia la contracción y, en consecuencia, se colapsan debido a la atracción gravitatoria. Sufren una crisis de energía que conduce a un colapso extremadamente violento, seguido por una explosión de intensidad apocalíptica.

En este caso nos interesa un sub-tipo específico de supernovas gravitatorias, las etiquetadas como “supernovas de tipo IIn (dos-ene)”. Hasta ahora han sido solo tres las observadas con técnicas capaces de aportar información acerca de la forma de las explosiones. Pero resulta interesante constatar que en los tres casos han aparecido indicios sólidos de que las bolas de fuego no son redondas. El más reciente de estos estudios lo ha efectuado un equipo internacional de astrónomos encabezado por F. Patat (ESO, Garching, Alemania), que observó la supernova 2010jl en noviembre de 2010 por medio de los telescopios e instrumentos de Calar Alto.

La supernova 2010jl bajo estudio

La supernova 2010jl apareció en la constelación de Leo en los primeros días de noviembre de 2010. Su galaxia huésped fue UGC 5189A, un espécimen de forma muy extraña y que ofrece un buen ejemplo de galaxia en interacción gravitatoria intensa con otras galaxias vecinas. Este tipo de interacciones suele inducir episodios intensos de formación de estrellas, las más pesadas de las cuales estallan después como supernovas gravitatorias. La distancia a UGC 5189A se estima en unos 160 millones de años-luz (49 megapársecs). Esto significa que, aunque el suceso se detectara en noviembre de 2010, la explosión sucedió realmente hace 160 millones de años.

El equipo de Patat observó la explosión por medio de una técnica específica llamada espectropolarimetría, que permite deducir información acerca de la forma de un objeto a pesar de que se muestre como un simple punto de luz minúsculo cuando se observa al telescopio. Emplearon el instrumento CAFOS acoplado al telescopio reflector Zeiss de 2.2 m de Calar Alto. En el curso de estas observaciones, los científicos analizaron en detalle las excelentes prestaciones de este instrumento que les permitió deducir detalles muy interesantes sobre el proceso de la explosión estelar.

La luz se propaga por el espacio como una onda, una vibración del campo electromagnético que se puede comparer a las ondas que se producen cuando se deja caer una piedra sobre la superficie del agua. Pero las ondas del agua implican solo movimientos verticales de la superficie (arriba y abajo), en tanto que la luz natural oscila en todos los planos posibles: arriba-abajo, izquierda-derecha y todas las combinaciones intermedias, sin que ninguna de ellas tenga preferencia sobre las otras. Pero hay varios mecanismos físicos que pueden conducir a la emisión de luz en la que predomine alguna de las direcciones de oscilación. En esos casos se habla de luz polarizada. Todos los procesos que inducen polarización implican la existencia de direcciones privilegiadas en el cuerpo emisión, es decir, un cierto grado de asimetría. Las observaciones de SN 2010jl muestran, en palabras de los investigadores, que la luz de la supernova «aparece polarizada en un nivel muy significativo a lo largo de todo el rango espectral; […] el nivel de polarización medido en SN 2010jl (~2%) indica una falta de esfericidad sustancial, con relación axial ≤0.7».

¿De dónde procede la asimetría?

Las supernovas gravitatorias se producen en estrellas masivas. En el caso de SN 2010jl, se estima que la estrella progenitora tenía una masa en torno a treinta veces la del Sol, sino mayor. Las estrellas así de masivas siguen vidas desenfrenadas, en las que consumen los recursos con voracidad, lo que hace que brillen tan solo durante unos pocos millones de años (lo que es bien poco, si se compara con el periodo de vida total estimado para el Sol, que ronda los diez mil millones de años). Esta enorme producción de energía arranca material de la superficie de la estrella. Así, la estrella se encuentra emitiendo todo el tiempo no solo energía, sino también un flujo de partículas atómicas y subatómicas que constituyen el viento estelar y que forman una envoltura alrededor del astro. Cuando llega la hora final y la estrella explota como supernova, la bola de fuego en expansión choca con esta envoltura y emite luz debido tanto a los procesos que ocurren en el interior del gas caliente como a los que se producen en la superficie de contacto entre el gas caliente y la envoltura.

En SN 2010jl, los procesos responsables de la polarización de la luz se deben a la interacción con la envoltura. Por tanto, surge la incógnita siguiente: ¿se debe la asimetría observada a una explosión intrínsecamente asimétrica, o estamos ante una bola de fuego más bien simétrica pero en interacción con una envoltura alongada? En cualquiera de los dos casos, tanto la explosión como la envoltura proceden de una misma estrella casi esférica. La rotación y los campos magnéticos están involucrados, sin duda, en la generación de la asimetría, pero se necesitan más estudios para esclarecer este punto. Los telescopios y los instrumentos de Calar Alto estarán preparados para colaborar en este esfuerzo.

Imagen de campo amplio de SN 2010jl y su galaxia huésped , en la constelación de Leo. © Adam Block/Mount Lemmon SkyCenter/University of Arizona.

Imágenes

Imagen en color de SN 2010jl en la galaxia UGC 5189A, obtenida por el equipo de Patat con el instrumento CAFOS y el telescopio reflector Zeiss de 2.2 m del Observatorio de Calar Alto (2.9 MB).

Imagen en color de SN 2010jl (señalada con flecha) en la galaxia UGC 5189A, obtenida por el equipo de Patat con el instrumento CAFOS y el telescopio reflector Zeiss de 2.2 m del Observatorio de Calar Alto (2.9 MB).