El telescopio Fermi de la NASA descubre la fuente de energía de supernovas gigantes

El telescopio de rayos gamma Fermi de la NASA ha detectado lo que podría ser el primer rayo gamma confirmado de una supernova superluminiscente, uno de los fenómenos más extremos del universo. Los científicos sugirieron que la explosión fue impulsada por un magnetar, una estrella de neutrones con campos magnéticos extremadamente fuertes. Este evento, denominado SN 2017egm, tuvo lugar a 440 millones de años luz de distancia y podría ayudar a entender por qué algunas supernovas alcanzan una luminosidad excepcional.

La misión Fermi forma parte de una red de observatorios de la NASA diseñada para rastrear eventos cósmicos y ayudar a los científicos a comprender mejor cómo funcionan estos fenómenos. Según Fabio Acero, líder del estudio en el Centro Nacional de Investigación Científica de Francia y la Universidad de París-Saclay, "Durante casi 20 años, los astrónomos han buscado señales gamma en los datos de Fermi de miles de supernovas, y aunque se han reportado algunas pistas intrigantes, ninguna fue definitiva hasta ahora".

Los hallazgos se publicaron en la revista Astronomy & Astrophysics. Las supernovas de colapso de núcleo ocurren cuando una estrella masiva agota el combustible necesario para mantener su núcleo. Sin esa fuente de energía, el núcleo colapsa bajo la gravedad, provocando una explosión violenta. Dependiendo de las condiciones, el colapso puede dejar atrás una estrella de neutrones o un agujero negro, mientras que el resto de la estrella se expulsa al espacio como una nube de gas extremadamente caliente.

A lo largo de las últimas dos décadas, los astrónomos han identificado casi 400 ejemplos inusualmente potentes conocidos como supernovas superluminiscentes, que pueden brillar al menos diez veces más en luz visible que las supernovas ordinarias. En 2024, investigadores liderados por Li Shang en la Universidad de Anhui en Hefei, China, sugirieron que el telescopio de gran área de Fermi podría haber detectado rayos gamma de uno de estos eventos años después de que ocurrió la explosión.

El objeto, denominado SN 2017egm, erupcionó en la galaxia NGC 3191, a unos 440 millones de años luz en la constelación Ursa Major. A pesar de esa enorme distancia, sigue siendo una de las supernovas superluminiscentes más cercanas observadas desde la Tierra. Guillem Martí-Devesa, un investigador que anteriormente estuvo en la Universidad de Trieste en Italia y ahora es investigador en el Instituto de Ciencias Espaciales en Barcelona, España, comentó: "Buscamos rayos gamma de las seis supernovas superluminiscentes más cercanas observadas durante los primeros 16 años de la misión de Fermi. Solo SN 2017egm muestra evidencia de rayos gamma, confirmando indicios anteriores de que algunas supernovas pueden ser tan luminosas en rayos gamma como en luz visible. Esto abre una nueva ventana para estudiar estos eventos fascinantes".

Los científicos han debatido durante mucho tiempo qué otorga a las supernovas superluminiscentes su extraordinaria luminosidad. Una de las explicaciones más destacadas involucra a los magnetars, que son estrellas de neutrones con los campos magnéticos más fuertes conocidos en el universo. Sus campos magnéticos pueden ser hasta 1,000 veces más fuertes que los de las estrellas de neutrones ordinarias, alcanzando fuerzas aproximadamente 10 billones de veces mayores que un imán de refrigerador.

Para investigar más a fondo, el equipo examinó detenidamente tanto la luz visible como las señales gamma de SN 2017egm y comparó las observaciones con diferentes modelos teóricos. Un modelo creado por los coautores Indrek Vurm de la Universidad de Tartu en Estonia y Brian Metzger de la Universidad de Columbia en Nueva York siguió cómo la radiación y las partículas de un magnetar recién formado se moverían a través de los restos de la supernova en expansión.

Los investigadores creen que un magnetar recién formado puede rotar varias centenas de veces por segundo. Esa velocidad genera un flujo poderoso de electrones y positrones, que son las versiones de antimateria de los electrones. Juntas, estas partículas crean una enorme nube de material de alta energía denominada nebulosa de viento de magnetar. Dentro de esta nebulosa, las interacciones de partículas pueden generar rayos gamma de varias maneras. Los electrones y positrones pueden chocar y transformarse en fotones gamma, mientras que los rayos gamma pueden chocar y crear nuevas partículas. A medida que estas interacciones continúan, gran parte de la energía gamma queda atrapada dentro de los restos de la supernova y se convierte en luz visible de menor energía, lo que contribuye a que la explosión sea excepcionalmente brillante.

Acero afirmó: "Alrededor de tres meses después del colapso, a medida que los restos de la supernova se expanden y enfrían, los rayos gamma pueden comenzar a filtrarse". Este modelo de magnetar reproduce mejor la luminosidad de la supernova y el tiempo de llegada de sus rayos gamma durante los primeros meses, aunque se observa margen de mejora en momentos posteriores, cuando la luz visible se desvanece de manera irregular.

Los investigadores sugieren que procesos adicionales probablemente influyeron en la supernova durante su prolongado descenso en brillo. Estos pueden incluir material que cae de nuevo hacia el magnetar y colisiones entre la onda de explosión en expansión y la materia expulsada por la estrella siglos antes de que explotara. El equipo también exploró si futuros observatorios podrían detectar eventos similares y hallaron que el próximo Observatorio del Telescopio Cerenkov debería ser capaz de detectar supernovas como SN 2017egm desde distancias de hasta 500 millones de años luz con aproximadamente 50 horas de tiempo de observación.

Los científicos afirmaron que la cooperación futura entre observatorios terrestres y los telescopios espaciales de NASA ayudará a revelar aún más sobre estas explosiones estelares violentas y los objetos extremos ocultos dentro de ellas. Judy Racusin, científica adjunta del proyecto de la misión Fermi en el Centro de Vuelo Espacial Goddard de NASA, comentó: "El mecanismo del motor central del magnetar discutido en este artículo se basa en muchos avances observacionales y teóricos en magnetars durante los últimos 20 años. Observar rayos gamma de supernovas nos proporcionará una nueva forma de explorar su funcionamiento interno".