Una doble explosión de supernova que destruyó – las teorías sobre supernovas

Historia del espacio

• Los astrónomos han observado por primera vez los restos de una supernova que explotó dos veces.
• Se trata de un nuevo mecanismo que puede desencadenar explosiones de supernovas tipo Ia en sistemas binarios cercanos.
• La masa de la enana blanca que explotó como supernova probablemente era inferior al límite de Chandrasekhar, lo que genera dudas sobre si todas las supernovas de este tipo pueden considerarse como candelas estándar.

Los astrónomos por fin confirmaron que algunas supernovas no resultan de una sola, sino de dos explosiones consecutivas. En las imágenes recientes del Telescopio Muy Grande (VLT), que forma parte del Observatorio Europeo Austral, los científicos, por primera vez, observaron restos de una doble detonación en forma de dos envolturas gaseosas. Este descubrimiento es significativo porque se trata de un tipo especial de supernovas, considerado entre astrónomos como las explosiones posiblemente más importantes en el universo.

Restos de la supernova SNR 0509-67.5 captados con el Very Large Telescope. Los colores en la imagen representan distintos elementos químicos: el azul indica calcio y el naranja, hidrógeno. Se pueden ver claramente dos capas concéntricas azules (marcadas con flechas), que son el resultado de una doble detonación. Fuente: ESO/P. Das et al. Las estrellas de fondo fueron captadas por el Telescopio Espacial Hubble (K. Noll et al.).

La mayoría de las supernovas ocurren cuando mueren estrellas con masa al menos ocho mayor a la del Sol. Sin embargo, existe una clase especial de estas explosiones, conocidas como supernovas de tipo Ia, que se producen de una forma distinta. Su origen son sistemas binarios cercanos, compuestos por una enana blanca y otra estrella «normal». Ambas orbitan una alrededor de la otra, y si la distancia entre ellas disminuye lo suficientemente, la enana blanca puede empezar a «robar» el gas que compone a su compañera.

Las enanas blancas también son remanentes estelares que provienen de estrellas que no fueron lo bastante masivas como para explotar como supernovas. Están compuestas principalmente por oxígeno y carbono. Son estrellas muertas, ya que en su interior la temperatura no es suficiente para sostener reacciones nucleares. Su superficie puede alcanzar temperaturas de hasta 40.000 K, lo que les da su característico color blanco azulado. Su masa no debe superar las 1,44 masas solares, ya que de hacerlo colapsarían en una estrella de neutrones. Este valor se conoce como el límite de Chandrasekhar. Con el tiempo, tanto la temperatura como el brillo de las enanas blancas disminuyen hasta apagarse por completo.

Candelas estándar

El destino de una enana blanca en un sistema binario cercano puede ser diferente. A medida que roba materia de su compañera, su masa aumenta. Si alcanza el límite de Chandrasekhar, comienza a colapsar. Esto provoca un aumento de temperatura en su centro, iniciando reacciones nucleares, desencadenando el proceso de combustión de carbono. Lo que sigue es  una reacción en cadena que, en apenas unos segundos, libera una cantidad inimaginable cantidad de energía: ¡equivalente a lo que emitiría el Sol en 8 mil millones de años, o a lo que todas las estrellas de la Vía Láctea producen en casi tres días! La explosión es tan poderosa que destruye por completo a la enana blanca y lanza a su compañera al espacio profundo.

Ilustración artística de un sistema binario cercano, donde una enana blanca “roba” materia de las capas externas de su estrella compañera.

Como la explosión ocurre justo cuando la masa alcanza el límite de Chandrasekhar, la cantidad de energía liberada por todas las supernovas tipo Ia es aproximadamente la misma, al igual que su brillo máximo. Debido a esta propiedad, a las supernovas de tipo Ia se les conoce como candelas estándar. Los astrónomos aprovechan esta característica y, al comparar el brillo real (calculado) con el brillo aparente, pueden determinar la distancia a la que ocurrió la explosión. Este método ha permitido determinar la distancia de muchas galaxias muy lejanas.

¿Dos explosiones en lugar de una?

En el pasado, algunos teóricos señalaron la posibilidad de que ciertas enanas blancas en sistemas binarios cerrados pudieran explotar antes de que su masa superara el límite de Chandrasekhar. Estas supernovas serían el resultado no de una, sino de dos detonaciones, en las que la primera ocurriría en las capas exteriores de la enana blanca, compuestas principalmente de helio que este objeto habría robado de su estrella compañera. Los modelos indican que la primera explosión genera una onda de choque que se propaga hacia el núcleo de la enana blanca, rico en oxígeno y carbono. El aumento de presión comprime y calienta el núcleo, lo que provoca una segunda explosión, mucho más potente, que destruye completamente la enana blanca.

Para confirmar estos modelos teóricos, se requieren evidencias observacionales, como imágenes astronómicas, que hasta ahora los astrónomos no habían logrado obtener. Recientemente, sin embargo, un grupo de científicos australianos publicó los resultados de su estudio sobre los restos de la supernova SNR 0509-67.5, situada en la Gran Nube de Magallanes, una galaxia satélite pequeña de la Vía Láctea. Para su análisis utilizaron un método llamado espectroscopía, que permite a los astrónomos estudiar la luz emitida por distintos elementos químicos en longitudes de onda específicas. A partir de las imágenes astronómicas, los científicos determinaron que los restos de la supernova están formados por varias cáscaras gaseosas concéntricas. Si uno viajara desde el centro de la supernova hacia el exterior, primero encontraría una capa enriquecida con calcio, seguida por una cáscara con mayor contenido de azufre, y luego otra capa de calcio. Estos resultados coinciden muy bien con las predicciones de los modelos matemáticos, por lo que los científicos los consideran como una confirmación de los mismos.

Este nuevo hallazgo plantea preguntas importantes. Si realmente existen supernovas de tipo Ia que explotan por debajo del límite de Chandrasekhar, entonces es posible que su brillo máximo sea menor que el de otras supernovas. Esto implicaría que no pueden usarse como candelas estándar. Podría resultar que muchas mediciones, como las distancias cósmicas o la velocidad de expansión del universo,  calculadas con este método, sean incorrectas.

Lecturas complementarias para los más curiosos

1. Double detonation: new image shows remains of star destroyed by pair of explosions, ESO.
2. Das, P., Seitenzahl, I.R., Ruiter, A.J. et al. Calcium in a supernova remnant as a fingerprint of a sub-Chandrasekhar-mass explosion. Nat Astron (2025). https://doi.org/10.1038/s41550-025-02589-5
3. Type 1a supernova, Wikipedia.
4. G299.2-2.9, Wikipedia.
5. SNR 0509-67.5, Wikipedia.
6. Large Magellanic Cloud, Wikipedia.

Gronow, S., Collins, C. E., Sim, S. A. & Röpke, F. K. Double detonations of sub-MCh CO white dwarfs: variations in type Ia supernovae due to different core and He shell masses. Astron. Astrophys. 649, A155 (2021). https://doi.org/10.1051/0004-6361/202039954