Por primera vez, los científicos han observado un tipo de supernova completamente nuevo.
Los teóricos lo habían predicho, pero no se había confirmado hasta ahora.
El fenómeno se ha denominado supernova «desencadenada por una fusión».
En 2017, se descubrió en los datos del Very Large Array (VLA) Sky Survey, un proyecto que escanea el cielo nocturno en longitudes de onda de radio, una fuente de ondas de radio particularmente luminosa e inusual. Ahora, dirigido por el estudiante de posgrado de Caltech Dillon Dong (MS '18), un equipo de astrónomos ha establecido que el brillante destello de radio fue causado por un agujero negro o una estrella de neutrones que chocó contra su estrella compañera en un proceso nunca antes observado.
«Las estrellas masivas suelen explotar como supernovas cuando agotan su combustible nuclear», afirma Gregg Hallinan, profesor de astronomía en Caltech. «Pero en este caso, un agujero negro o una estrella de neutrones intrusa ha provocado prematuramente la explosión de su estrella compañera». Es la primera vez que se confirma una supernova desencadenada por una fusión.
Un artículo sobre los hallazgos aparece en la revista Science el 3 de septiembre.
Destellos brillantes en el cielo nocturno
Hallinan y su equipo buscan los llamados transitorios de radio, es decir, fuentes de ondas de radio de corta duración que destellan intensamente y se apagan rápidamente, como una cerilla encendida en una habitación oscura. Los transitorios de radio son una excelente forma de identificar acontecimientos astronómicos inusuales, como estrellas masivas que explotan y expulsan chorros energéticos, o las fusiones de estrellas de neutrones.
Mientras Dong examinaba el enorme conjunto de datos del VLA, seleccionó una fuente de ondas de radio extremadamente luminosa del sondeo del VLA llamada VT 1210+4956. Esta fuente está empatada como el transitorio de radio más brillante jamás asociado a una supernova.
Dong determinó que la energía de radio brillante se originó en una estrella rodeada por una envoltura de gas gruesa y densa. Esta envoltura de gas había sido expulsada por la estrella unos cientos de años antes de la actualidad. VT 1210+4956, el transitorio de radio, se produjo cuando la estrella finalmente explotó en una supernova y el material expulsado por la explosión interactuó con la envoltura de gas. Sin embargo, tanto la envoltura de gas en sí como la escala temporal en la que fue expulsada por la estrella eran inusuales, por lo que Dong sospechó que podría haber más detrás de la historia de esta explosión.
Dos acontecimientos inusuales
Tras el descubrimiento de Dong, la estudiante de posgrado de Caltech Anna Ho (PhD '20) sugirió comparar este transitorio de radio con un catálogo distinto de eventos breves y brillantes en el espectro de rayos X. Algunos de estos eventos de rayos X eran tan efímeros que solo estuvieron presentes en el cielo durante unos pocos segundos de tiempo terrestre. Al examinar este otro catálogo, Dong descubrió una fuente de rayos X que procedía del mismo punto del cielo que VT 1210+4956. Mediante un análisis minucioso, Dong estableció que los rayos X y las ondas de radio probablemente procedían del mismo acontecimiento.
«El transitorio de rayos X fue un acontecimiento inusual: indicaba que se lanzó un chorro relativista en el momento de la explosión», afirma Dong. «Y el brillo de radio intenso indicó que el material de esa explosión chocó más tarde contra un toro masivo de gas denso que la estrella había expulsado siglos antes. Estos dos acontecimientos nunca se habían asociado entre sí y, por separado, son muy raros».
Un misterio resuelto
Entonces, ¿qué ocurrió? Tras un modelado minucioso, el equipo determinó la explicación más probable: un evento en el que intervinieron algunos de los mismos protagonistas cósmicos que se sabe que generan ondas gravitacionales.
Plantearon la hipótesis de que un remanente compacto sobrante de una estrella que había explotado previamente (es decir, un agujero negro o una estrella de neutrones) había orbitado muy de cerca alrededor de una estrella. Con el tiempo, el agujero negro comenzó a absorber la atmósfera de su estrella compañera y a expulsarla al espacio, formando el toro de gas. Este proceso acercó cada vez más los dos objetos hasta que el agujero negro se precipitó sobre la estrella, lo que hizo que esta colapsara y explotara como una supernova.
Los rayos X fueron producidos por un chorro lanzado desde el núcleo de la estrella en el momento de su colapso. Las ondas de radio, en cambio, se produjeron años después, cuando la estrella en explosión alcanzó el toro de gas que había sido expulsado por el objeto compacto en espiral.
Los astrónomos saben que una estrella masiva y un objeto compacto compañero pueden formar lo que se denomina una órbita estable, en la que los dos cuerpos se acercan gradualmente en espiral durante un período extremadamente largo. Este proceso forma un sistema binario que es estable durante millones o miles de millones de años, pero que acabará colisionando y emitiendo el tipo de ondas gravitacionales que LIGO descubrió en 2015 y 2017.
Sin embargo, en el caso de VT 1210+4956, los dos objetos colisionaron de inmediato y de forma catastrófica, produciendo las explosiones de rayos X y ondas de radio observadas. Aunque se han predicho teóricamente colisiones como esta, VT 1210+4956 proporciona la primera evidencia concreta de que ocurre.
Sondeo casual
El VLA Sky Survey produce enormes cantidades de datos sobre señales de radio procedentes del cielo nocturno, pero examinar esos datos para descubrir un acontecimiento brillante e interesante como VT 1210+4956 equivale a buscar una aguja en un pajar. Encontrar esta aguja en particular, afirma Dong, fue, en cierto modo, fruto de la casualidad.
«Teníamos ideas sobre lo que podríamos encontrar en el sondeo del VLA, pero estábamos abiertos a la posibilidad de encontrar cosas que no esperábamos», explica Dong. «Creamos las condiciones para descubrir algo interesante mediante búsquedas poco restringidas y de mente abierta en grandes conjuntos de datos, y después tuvimos en cuenta todas las pistas contextuales que pudimos reunir sobre los objetos que encontramos. Durante este proceso, uno se siente arrastrado en distintas direcciones por diferentes explicaciones, y simplemente deja que la naturaleza le diga lo que hay ahí fuera».
El artículo se titula «A transient radio source consistent with a merger-triggered core collapse supernova». Dillon Dong es el primer autor. Además de Hallinan y Ho, los coautores son Ehud Nakar, Andrew Hughes, Kenta Hotokezaka, Steve Myers (PhD '90), Kishalay De (MS '18, PHD '21), Kunal Mooley (PhD '15), Vikram Ravi, Assaf Horesh, Mansi Kasliwal (MS '07, PhD '11) y Shri Kulkarni. La financiación procedió de la National Science Foundation, la United States–Israel Binational Science Foundation, el programa I-Core del Planning and Budgeting Committee y la Israel Science Foundation, el Natural Sciences and Engineering Research Council de Canadá, el Miller Institute for Basic Research in Science de la UC Berkeley, el programa Early-Career Scientists de la Japan Society for the Promotion of Science, el National Radio Astronomy Observatory y la Heising-Simons Foundation.
