Las supernovas de Kepler

En el año 1604 un astrónomo vio una nueva estrella extremadamente brillante en el cielo, una estrella que no debería estar ahí. Esa estrella apareció en el castigado decimotercer signo del zodiaco, Ofiuco, y hoy sabemos que ocurrió a una distancia de unos 20.000 años luz de nosotros. Para hacerse una idea, su brillo era casi tan intenso como el planeta Venus, por lo que su luminosidad eclipsaba cualquier estrella del firmamento, a excepción, claro está, de nuestro Sol. A este astrónomo le sorprendió tanto esta nueva estrella que escribió un tratado sobre ella titulado «De Stella nova in pede Serpentarii» (Sobre la nueva estrella en el pie del portador de la Serpiente). El nombre del autor seguro que os suena: Johannes Kepler. Hoy, conocemos la remanente de esa supernova como SN1604 o supernova de Kepler.

Pasados algo más de 400 años otro Kepler observó una supernova. Mejor dicho, dos. Hablo del observatorio espacial Kepler de la NASA, ese artilugio que nos ha hecho sumar más de 1.000 nuevos exoplanetas confirmados a la lista. Tal vez os preguntéis. ¿Qué hace Kepler detectando supernovas si su tarea son los exoplanetas? La respuesta es bien sencilla: Kepler está siempre observando la misma zona del cielo, por lo que es el instrumento ideal para detectar eventos que se producen súbitamente en el cielo siempre y cuando se produzcan en su zona, porque, por lo general, la fase transitoria de estos eventos tiene una duración del orden de pocos minutos y cuando se recibe el aviso y los grandes telescopios se alinean para observar el evento, es ya demasiado tarde. Conocer ese estado transitorio es fundamental para conocer la naturaleza de ese evento, y por eso Kepler es ideal para eso.

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La supernova SN1604 en una composición de imágenes en rayos X, visible e infrarrojo observado por los telescopios espaciales Chandra, Hubble y Spitzer en los años 2000, 2003 y 2004, respectivamente. Créditos: NASA/ESA/JHU/R.Sankrit & W.Blair.

Estas dos supernovas las captó Kepler en 2011 y ocurrieron a raíz de la última fase de dos estrellas supergigantes rojas. La primera de ellas, KSN 2011a ocurrió en una estrella unas 300 veces el tamaño del Sol. La segunda, KSN 2011d, tampoco era pequeña: 500 veces más grande que el Sol. Estaban situadas a 700 millones de años-luz y 1.200 millones de años-luz, respectivamente. Y el hecho de haber observado el estallido desde el principio, se pudo ver la raíz de la explosión, algo que nunca se había observado en el rango visible. Pero antes de contaros más detalladamente lo que observaron, quiero que os hagáis una idea del tamaño de estas estrellas antes de estallar: si estuviesen situadas donde tenemos al Sol, su tamaño englobaría las órbitas de Mercurio, Venus y también la de la Tierra. Son auténticos monstruos estelares.

Y llega el plato fuerte… Justo cuando la estrella comienza a estallar, se produce una onda de choque desde dentro. Cuando esta onda alcanza la superficie de la estrella se emite un brillante destello conocido como «shock breakout» o erupción de choque. Y sendas erupciones de choque fueron observadas por el equipo liderado por Peter Garnavich, profesor de astrofísica en la universidad de Nôtre Dame (Estados Unidos). Y no fue fácil, ya que para observarlas tuvieron que analizar durante tres años la luz en unas 500 galaxias distantes del campo de Kepler, lo que supone un total de 50 billones de estrellas. Buscaban signos de explosiones de supernova, pero al final, las encontraron.

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El brillante flash producido durante la erupción de choque, en una representación artística. Créditos: NASA Ames, STScI/G. Bacon.

El equipo de científicos, que publicará los resultados en un artículo (P. M. Garnavich et al., 2016, ApJ, arXiv:1603.05657), apreciaron que la erupción de choque duró unos 20 minutos. También vieron tras concluir la erupción de choque que, por su naturaleza, la luminosidad encaja con los modelos teóricos de las supernovas Tipo II. En estas supernovas, todo comienza cuando el interior de la estrella agota su combustible nuclear  provocando que el núcleo colapse sobre sí mismo: es la fuerza de la gravedad lo que provoca que estalle. Pero aunque las dos sean del tipo II, tienen detalles que las hacen ligeramente distintas.

¿Qué las hace diferentes? Si bien ambas explosiones tuvieron un inicio similar, la erupción de choque se apreció más notablemente en la mayor de las estrellas y los científicos creen que lo más probable es que sea debido a que la estrella menor estaba rodeada de gas, lo que hizo que enmascarase la onda de choque cuando alcanzó la superficie de la estrella. Es importante no olvidar la importancia de las supernovas ya que son ellas las que inyectan la complejidad química en el medio interestelar. Recordemos lo que dijo Steve Howell, científico del proyecto Kepler en el ARC (Ames Research Center) de la NASA: «Todos los elementos pesados del universo provienen de las explosiones de supernovas. Por ejemplo, toda la plata, níquel y cobre en la tierra e incluso en nuestros cuerpos proceden de la explosión de una estrella. La vida existe gracias a las supernovas».

Referencias:
Shock Breakout and Early Light Curves of Type II-P Supernovae Observed with Kepler (P. M. Garnavich et al., 2016, Astrophysical Journal, arXiv:1603.05657).
NASA’s Kepler Catches Early Flash of an Exploding Star.

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