El Telescopio Espacial Fermi de Rayos Gamma de la NASA finalmente puede descubrir algunas de las explosiones estelares más poderosas jamás vistas. Después de años de estudiar datos, un equipo de investigación internacional ha encontrado pruebas sólidas de que una rara supernova superluminosa fue alimentada por una estrella de neutrones altamente magnética formada durante el colapso de la estrella.
La misión Fermi es parte de la red de observatorios de la NASA diseñada para rastrear fenómenos cambiantes en todo el universo y ayudar a los científicos a comprender mejor cómo funcionan los fenómenos cósmicos.
“Durante casi 20 años, los astrónomos han buscado en los datos de Fermi señales de rayos gamma de miles de supernovas y han encontrado algunos indicios tentadores, ninguno de los cuales ha sido confirmado hasta ahora”, dijo el líder del estudio Fabio Acero en el Centro Nacional Francés de Investigación Científica (CNRS) y la Universidad Paris-Saclay.
Los resultados fueron publicados en la revista. Astronomía y Astrofísica.
Raras supernovas emiten potentes rayos gamma
Las supernovas de colapso del núcleo ocurren cuando una estrella masiva agota el combustible necesario para sostener su núcleo. Sin esa fuente de energía, el núcleo colapsa bajo la gravedad y provoca una violenta explosión. Dependiendo de las condiciones, el colapso puede dejar tras de sí una estrella de neutrones o un agujero negro. El resto de la estrella explota hacia el espacio como una nube en expansión de gas sobrecalentado.
Durante las últimas dos décadas, los astrónomos han identificado cerca de 400 ejemplos inusualmente poderosos de lo que se conoce como supernovas superluminosas. Estas raras explosiones pueden ser al menos 10 veces más brillantes en luz visible que las supernovas típicas.
En 2024, investigadores dirigidos por Li Shang de la Universidad de Anhui en Hefei, China, sugirieron que el Telescopio de Gran Área de Fermi podría detectar rayos gamma de uno de estos eventos años después de la explosión.
El objeto, SN 2017egm, explotó en la galaxia NGC 3191, a unos 440 millones de años luz de distancia, en la constelación de la Osa Mayor. Incluso desde esa gran distancia, sigue siendo una de las supernovas superluminosas más cercanas vistas desde la Tierra.
“Detectamos rayos gamma de las seis supernovas superluminosas más cercanas vistas durante los primeros 16 años de la misión Fermi”, dijo Guillaume Marti-Devesa, ex investigador de la Universidad de Trieste en Italia y ahora miembro del Instituto de Ciencias Espaciales de Barcelona, España. “Sólo SN 2017egm muestra evidencia de rayos gamma, lo que confirma indicaciones anteriores de que algunas supernovas pueden ser tan brillantes en rayos gamma como lo son en luz visible. Esto abre una nueva ventana para estudiar este fascinante fenómeno”.
Los magnetares pueden ser motores ocultos
Los científicos han debatido durante mucho tiempo qué es lo que da a las supernovas superluminosas su extraordinario brillo. Una explicación importante tiene que ver con los magnetares, que son estrellas de neutrones con los campos magnéticos más fuertes conocidos en el universo. Sus campos magnéticos pueden ser 1.000 veces más fuertes que los de las estrellas de neutrones típicas, alcanzando intensidades aproximadamente 10 billones de veces más fuertes que las de un imán de refrigerador.
Para investigar más a fondo, el equipo examinó de cerca las señales de luz visible y de rayos gamma de SN 2017egm y comparó las observaciones con varios modelos teóricos.
Un modelo desarrollado por los coautores Indrek Verm de la Universidad de Tartu en Estonia y Brian Metzger de la Universidad de Columbia en la ciudad de Nueva York siguió cómo la radiación y las partículas de un imán naciente pasarían a través de los escombros de la supernova en expansión.
Los investigadores creen que un imán recién formado puede girar cientos de veces por segundo. Este increíble movimiento crea una poderosa corriente de electrones y positrones, la versión antimateria de los electrones. Juntas, estas partículas forman una nube masiva de material de alta energía llamada Nebulosa del Viento Magnetar.
Dentro de esta nebulosa, la interacción de partículas puede producir rayos gamma de varias formas. Los electrones y positrones pueden colisionar y convertirse en fotones de rayos gamma, mientras que los propios rayos gamma pueden colisionar para crear nuevas partículas. A medida que continúa esta interacción, la mayor parte de la energía de los rayos gamma queda atrapada dentro de los restos de la supernova y se convierte en luz visible de baja energía, lo que hace que la explosión sea excepcionalmente brillante.
Los rayos gamma se escaparon después de unos meses.
“Aproximadamente tres meses después del colapso, los rayos gamma pueden comenzar a escapar a medida que los restos de la supernova se expanden y se enfrían”, dijo Acero. “Este modelo magnético reproduce mejor la luminosidad de la supernova y los tiempos de llegada de sus rayos gamma en los primeros meses, pero vemos margen de mejora en los últimos meses, cuando la luz visible se desvanece de forma bastante errática”.
Los investigadores sugieren que procesos adicionales pueden haber afectado a la supernova durante su larga disminución de brillo. Esto puede incluir material que retrocede hacia el magnetar y colisiones entre ondas explosivas y material expulsado por la estrella siglos antes de la explosión.
El equipo también exploró si futuras observaciones podrían detectar fenómenos similares. Descubrieron que el próximo observatorio Cerenkov Telescope Array debería poder ver supernovas como SN 2017egm desde una distancia de unos 500 millones de años luz con un tiempo de observación de unas 50 horas.
Los científicos dicen que la futura colaboración entre los observatorios terrestres y el telescopio espacial de la NASA ayudará a revelar más sobre estas violentas explosiones estelares y los objetos extremos escondidos en su interior.
“El mecanismo del motor central del magnetar discutido en este artículo se basa en una gran cantidad de progreso teórico y observacional en imanes durante los últimos 20 años”, dijo Judy Rakusin, científica adjunta del proyecto de la misión Fermi en el Centro de Vuelos Espaciales Goddard de la NASA en Greenbelt, Maryland. “La observación de los rayos gamma de las supernovas nos brindará una nueva forma de explorar su funcionamiento interno”.
