Las supernovas las conocemos. Hemos oído hablar de ellas y sabemos que son el estallido final de una estrella tras quedarse sin combustible para seguir brillando. Pero no se oye hablar todos los días de hipernovas, aunque por su nombre nos podemos hacer una idea de qué se puede tratar.

Nature publica este miércoles un nuevo estudio realizado desde el Instituto de Astrofísica de Andalucía (IAA) en el que se ha observado prácticamente todo el proceso de la hipernova. De hecho, los investigadores señalan que se trata de la "detección más temprana hasta la fecha" y que "aporta el eslabón para completar el relato que vincula las hipernovas con los brotes de rayos gamma", según apuntan en el comunicado de prensa lanzado por el IAA-CSIC.

Pero antes de hablar sobre el estudio, ¿qué es una hipernova? ¿Qué relación hay entre una hipernova y explosiones de rayos gamma? ¿Qué han visto los investigadores al observar este proceso?

¿Qué es una hipernova?

La historia de las hipernovas se remonta a hace apenas 21 años, cuando se observó este fenómeno por primera vez. Es una versión "más enérgica" de las supernovas, es decir, una explosión "normalmente 10 veces mas potente que una supernova normal", explica a Hipertextual Luca Izzo, investigador del Instituto de Astrofísica de Andalucía (IAA-CSIC) que encabeza el estudio. Además, esta primera detección fue muy importante para los investigadores porque vinculaba este estallido con otro de rayos gamma.

Las hipernovas se diferencia principalmente de las supernovas porque las estrellas que explotan son mucho más masivas y "el material expulsado en la explosión viaja a mayor velocidad que el de las supernovas normales", de ahí que su explosión también desate más energía. Se pueden clasificar las supernovas en dos tipos diferentes: "Las que producen las estrellas más masivas, de aproximadamente 10 masas del Sol, y las que producen estrellas por debajo de esta masa", comentó a Hipertextual hace unos meses Jonay González Hernández, investigador Ramón y Cajal del Instituto de Astrofíca de Canarias.

Sin embargo, las hipernovas son producidas por estrellas aún más masivas y, además de este estallido, producen también dos chorros o brotes de rayos gamma (gamma-ray bursts, GRB por sus siglas en inglés) a través de sus polos: “En 1998 se detectaba la primera hipernova, una versión de las supernovas muy energética, que siguió a un estallido de rayos gamma y que supuso la primera evidencia de la conexión entre ambos fenómenos”, apunta Izzo.

Pero ¿cómo se explica la relación entre la hipernova y los estallidos de rayos gamma? Estos investigadores proponen un escenario en el que una estrella de más de 25 masas solares, al agotar su combustible, sufre un proceso de colapso del núcleo y se derrumba sobre sí mismo. "Al derrumbarse, el núcleo genera un agujero negro o una estrella de neutrones particular, conocida como magnetar (o magnetoestrella). Este tipo de estrella tiene un campo magnético extremadamente alto y puede rotar alrededor de su propio eje de rotación con una velocidad increíble", ilustra Izzo. Pasado un tiempo del derrumbe del núcleo, "surgen dos chorros polares de materia que atraviesan las capas externas de la estrella que, al emerger a la superficie, producen estallidos de rayos gamma (GRBs). Finalmente se produce la explosión de hipernova, que puede ser decenas de veces más intensa que una supernova", explican desde el IAA.

La relación entre las hipernovas y los GRBs parece inequívoca. "Los rayos gamma son la primera fuente que aparece, porque se originan en los choques el chorro relativista que puede escapar de la estrella casi instantáneamente", comenta Izzo a Hipertextual. No obstante, en sentido contrario no pasa lo mismo: se han detectado varias hipernovas que no llevan asociados estallidos de rayos gamma. "Este trabajo ha permitido hallar el eslabón perdido entre estos dos subtipos de hipernova en la forma de un nuevo componente: una especie de envoltura caliente que se forma en torno al chorro según se propaga a través de la estrella", apunta Izzo en el comunicado de prensa. "El chorro transfiere una parte importante de su energía a la envoltura y, si logra atravesar la superficie de la estrella, producirá la emisión de rayos gamma que identificamos como GRB", añade. Estos chorros son muy importantes porque cuando los investigadores descubren uno cercano en seguida van a empezar un programa de observaciones "para detectar las primeras evidencias de la hipernova asociada", comenta a este medio Izzo.

Pero hay veces que el chorro no llega a emerger porque la estrella no dispone de la energía necesaria, en este escenario la hipernova sí se produce, pero no se laza el GRB. Así, gracias a este nuevo estudio podemos diferenciar dos tipos de hipernovas: con chorros, como la observada en diciembre, y con chorros sofocados (del inglés choked-jets), es decir, que el astro no tiene energía para producirlos.

Estudio de GRB171205A

La hipernova que han estudiado desde el IAA-CSIC se detectó el 5 de diciembre en una galaxia que está a apenas 500 millones de años luz de la Tierra. Se la ha bautizado como GRB171205A. Al tratarse de un fenómeno poco común, de la forma más rápida posible se pusieron en contacto con el Gran Telescopio de Canarias para que observara la hipernova: "Fenómenos de este tipo ocurren de media una vez cada diez años, así que enseguida comenzamos una intensa campaña de observación con el Gran Telescopio Canarias para observar la hipernova emergente desde las primeras fases", tal y como explica en el comunicado de prensa Christina Thöne, investigadora del Instituto de Astrofísica de Andalucía (IAA-CSIC) que participa en el hallazgo. "De hecho, se trata de la detección más temprana de una hipernova hasta la fecha, menos de un día después del colapso de la estrella".

No tardaron nada en reconocer que sí estaban ante una hipernova gracias a que la "luminosidad de los chorros era mucho más débil de lo normal", indica en el comunicado Antonio de Ugarte Postigo, otro investigador del Instituto de Astrofísica de Andalucía (IAA-CSIC) implicado en este estudio. Sin embargo, los científicos todavía no sabían que se trataba de una hipernova peculiar: "Mostraba velocidades de expansión muy altas y unas abundancias químicas diferentes a las registradas en eventos similares", afirma Ugarte.

Representación artística de una hipernova (Anna Serena Esposito).

Estas peculiaridades, la velocidad y los compuestos químicos distintos a los registrados hasta el momento, se habían predicho con anterioridad, por lo que no ha tomado por sorpresa a los investigadores. No obstante, una cosa es teorizar sobre estos aspectos y otra muy distinta poder verlo y observar cómo este fenómeno evoluciona.

Gracias a las observaciones ahora sabemos que "la composición química y las velocidad encajan con la existencia de un chorro rodeado de una envoltura que se abre camino en la superficie de la estrella", indican. Durante los primeros días de la hipernova, la envoltura acompaña al chorro y arrastra material desde el interior de la estrella hacia fuera, es decir, es como si un gusano (chorro) saliera a la superficie a gran velocidad y se lleva consigo parte de la tierra (envoltura). No obstante, a los pocos días este componente desapareció", por lo que la "hipernova evolucionó de forma similar a las observadas anteriormente", indican desde el IAA.

Por otra parte, la emisión de energía emitida por la envoltura "fue superior a la del GRB, lo que implica que el chorro depositó gran parte de su energía en ella". Esto, además, muestra que la energía del GRB depende de la interacción del chorro con el material estelar y de la envoltura. Además, este descubrimiento pone de manifiesto la necesidad de revisar los modelos: “Mientras que el modelo estándar de supernovas de colapso de núcleo conduce a explosiones casi esféricas, la evidencia de una emisión tan energética producida por una envoltura de este tipo sugiere que el chorro juega un papel importante en las supernovas con colapso central, y es necesario que tengamos en cuenta la función del chorro en los modelos de explosión de supernovas”, concluye en el comunicado Izzo (IAA-CSIC).