Descubren supernova que emite un extraño 'chirp' y confirma teoría de magnetar

En un hallazgo sorprendente, un grupo de astrónomos de la Universidad de California - Santa Bárbara identificó un nuevo tipo de señal proveniente de una supernova que se encuentra a aproximadamente un mil millones de años luz de la Tierra. Esta señal, descrita como un "chirp", se caracteriza por aumentar su frecuencia con el tiempo, similar a los patrones observados durante la colisión de agujeros negros.

El descubrimiento fue realizado por Joseph Farah, un estudiante de posgrado que, al analizar el evento, notó un comportamiento inusual en la supernova catalogada como SN 2024afav. Este fenómeno ha proporcionado nuevas pistas sobre lo que ocurre en el corazón de estas explosiones estelares.

En un estudio publicado en la revista Nature, el equipo de Farah, que incluye a su asesor Andy Howell, explicó que, al aplicar conceptos de la relatividad general a los restos de la explosión de una estrella masiva, pudieron interpretar las señales inusuales de esta supernova extraordinariamente brillante.

Entendiendo la Brillantez de las Supernovas

Cuando una estrella masiva agota su combustible nuclear, su núcleo colapsa, lo que desencadena una explosión dramática conocida como supernova. La mayoría de las supernovas siguen un patrón predecible, aumentando su brillo antes de desvanecerse lentamente. Sin embargo, los astrónomos han identificado un grupo raro de supernovas, las superluminiscentes, que brillan de 10 a 100 veces más que las normales. Estas explosiones extremas presentan fluctuaciones en su brillo que sugieren procesos complejos en el interior de los restos en expansión.

Existen varias teorías sobre la causa de estas fluctuaciones. Una sugiere que el colapso de la estrella forma una estrella de neutrones que inyecta energía en los restos, aumentando el brillo de la supernova. Otra hipótesis indica que los picos de brillo pueden ocurrir cuando la onda de explosión choca con densas capas de gas alrededor de la estrella.

Un Signo Extraño de una Supernova Lejana

Los científicos del Las Cumbres Observatory monitorearon de cerca la supernova SN 2024afav y notaron una serie de repuntes en su brillo. Farah observó que el patrón era demasiado estructurado para ser el resultado de interacciones aleatorias. Las variaciones seguían un ritmo suave y las pausas entre cada aumento se acortaban rápidamente, indicando que la señal se producía con más frecuencia.

Por primera vez, los astrónomos habían observado una supernova que generaba una señal cuasi periódica que aumentaba en frecuencia, formando un "chirp". Este fenómeno es comparable a las señales detectadas en ondas gravitacionales durante la fusión de agujeros negros.

"No había ningún modelo existente que pudiera explicar un patrón de repuntes que se aceleran con el tiempo", comentó Farah. "Comencé a pensar en formas en que esto podría suceder, porque la señal parecía demasiado estructurada para ser debida a interacciones aleatorias".

Un Magnetar en el Centro

La idea que finalmente explicó la señal provino de un curso de relatividad general que Farah estaba auditando. Propuso que la supernova dejó atrás un magnetar, un tipo de estrella de neutrones que gira extremadamente rápido y tiene un campo magnético muy potente. En los modelos actuales, un magnetar puede actuar como una fuente de energía que alimenta la supernova, aumentando su brillo y moldeando su curva de luz general.

Sin embargo, los modelos existentes de magnetar no podían explicar los repuntes repetitivos. Farah sugirió un mecanismo diferente, donde parte del material explotado cae de nuevo hacia el magnetar, formando un disco de acreción inclinado. Debido a un efecto de relatividad general conocido como precesión de Lense-Thirring, el magnetar en rotación distorsiona el espacio-tiempo circundante, causando que el disco oscile.

Esta oscilación periódicamente bloquea y refleja la luz proveniente del magnetar, haciendo que el sistema se comporte como un faro cósmico intermitente. A medida que el disco se mueve hacia el magnetar, su oscilación se acelera, resultando en los pulsos de luz acelerados detectados desde la Tierra.

Poniendo a Prueba la Explicación de Relatividad

La precesión de Lense-Thirring no es el único proceso que podría causar que un disco oscile. Para probar su explicación, Farah y sus colegas trabajaron con el teórico Logan Prust para examinar otras posibilidades. La supernova SN 2024afav resultó ser un laboratorio poderoso para probar estas ideas, ya que cualquier modelo debía coincidir tanto con el período de la señal como con la tasa a la que cambiaba.

"Probamos varias ideas, incluyendo efectos puramente newtonianos y precesión impulsada por los campos magnéticos del magnetar, pero solo la precesión de Lense-Thirring coincidió perfectamente con el tiempo", explicó Farah. "Es la primera vez que se invoca la relatividad general para describir la mecánica de una supernova".

Un Esfuerzo Global de Telescopios

La captura del descubrimiento requirió una coordinación rápida a través de una red mundial de telescopios. El destello inicial de la explosión fue detectado en diciembre de 2024 por la encuesta ATLAS. Los observatorios de la red de Las Cumbres Observatory rastrearon el evento durante más de 200 días.

Durante esta extensa campaña, los investigadores utilizaron toda la gama de instrumentos de LCO para monitorear la supernova casi continuamente, ajustando las estrategias de observación en tiempo real para asegurar que se registraran incluso las fluctuaciones más pequeñas en el brillo.

"Este es un gran triunfo para LCO", afirmó Farah. "Los datos únicos y de alta cadencia de LCO nos permitieron predecir futuros repuntes y la capacidad de ajustar dinámicamente la campaña nos permitió verificar nuestras predicciones en tiempo real. Cuando las predicciones comenzaron a cumplirse, supimos que estábamos observando algo especial".

El estudio representa un avance significativo por dos razones. Primero, identifica el primer ejemplo conocido de un "chirp" en una supernova, revelando un nuevo tipo de comportamiento observable en explosiones estelares. Segundo, proporciona la evidencia más clara hasta ahora de que los magnetars alimentan supernovas superluminiscentes, convirtiendo lo que había sido una explicación teórica en un mecanismo confirmado.

Mirando Hacia Futuras Descubrimientos

Farah defenderá su tesis de doctorado en UCSB en mayo y planea continuar estudiando estos fenómenos como becario en el Miller Institute for Basic Science en UC Berkeley, donde trabajará con el profesor Dan Kasen, el científico que propuso originalmente el modelo de supernova alimentada por magnetar.

El asesor de Farah, Andy Howell, destacó la importancia del descubrimiento. "Fui parte del descubrimiento de las supernovas superluminiscentes hace casi 20 años, y al principio no sabíamos lo que eran. Luego se desarrolló el modelo de magnetar y parecía que podía explicar las energías asombrosas necesarias, pero no los repuntes. Ahora, creo que Joseph ha encontrado la prueba definitiva y ha vinculado los repuntes al modelo de magnetar, explicando todo con la teoría mejor comprobada en astrofísica: la relatividad general. Es increíblemente elegante".

Farah anticipa que los astrónomos pronto detectarán muchas más de estas supernovas "chirp". El próximo Observatorio Vera C. Rubin en Chile comenzará una encuesta sin precedentes del cielo nocturno, generando aproximadamente 10 terabytes de datos cada noche durante un programa de diez años.

"Esto es lo más emocionante en lo que he tenido el privilegio de participar. Esta es la ciencia que soñé de niño", concluyó Farah. "Es el universo diciéndonos en voz alta y clara que aún no lo entendemos completamente, desafiándonos a explicarlo".