Violencia cósmica: una de las explosiones más feroces del universo revela el nacimiento de un magnetar

Durante décadas, los astrónomos han observado algunas explosiones estelares tan brillantes que parecían desafiar las reglas conocidas del cosmos. Son las llamadas supernovas superluminosas, estallidos de luz capaces de brillar hasta diez veces más que una supernova convencional. Su intensidad y duración han intrigado a los científicos desde que fueron identificadas a comienzos de este siglo. Ahora, una nueva investigación ha logrado observar por primera vez el nacimiento de uno de los objetos más extremos del universo en el corazón de una de estas explosiones: un magnetar.

El hallazgo, descrito en un estudio publicado en la revista Nature, confirma que estos objetos - estrellas de neutrones extremadamente compactas y con campos magnéticos colosales - pueden actuar como el motor que alimenta el brillo extraordinario de algunas supernovas. Con ello, los investigadores han conseguido verificar una hipótesis que llevaba más de una década sobre la mesa.

Las supernovas marcan el final de la vida de las estrellas más masivas. Cuando el combustible nuclear de su interior se agota, el núcleo de hierro colapsa bajo su propio peso y desencadena una gigantesca explosión que expulsa las capas externas al espacio. Sin embargo, las supernovas superluminosas presentaban una peculiaridad difícil de explicar: su brillo se mantenía durante mucho más tiempo de lo que predecían los modelos tradicionales.

En 2010, el astrofísico teórico Dan Kasen, de la Universidad de California en Berkeley, planteó una posible explicación. Según su propuesta, el secreto de esas explosiones tan brillantes podría encontrarse en el objeto que queda tras el colapso estelar. Si el núcleo de la estrella se comprime lo suficiente, puede formar una estrella de neutrones extremadamente compacta. Y si el campo magnético de la estrella original era muy intenso, ese colapso podría amplificarlo hasta niveles extraordinarios, dando lugar a un magnetar.

Estos objetos son algunos de los más extremos conocidos en el universo. Aunque apenas miden unos 16 kilómetros de diámetro - algo similar al tamaño de una ciudad - concentran más masa que el Sol y pueden girar cientos o incluso miles de veces por segundo en sus primeras etapas. Su campo magnético, además, es gigantesco: puede ser cientos o miles de veces más intenso que el de un púlsar, otro tipo de estrella de neutrones muy energética.

La rotación de ese campo magnético genera enormes cantidades de energía. Según la teoría, esa energía puede acelerar partículas cargadas que chocan con los restos de la explosión estelar en expansión, aumentando el brillo de la supernova durante semanas o meses. Durante años, esta explicación parecía encajar con las observaciones, pero faltaba una prueba directa de que un magnetar realmente se formara en el interior de estas explosiones.

Hallazgo cósmico

Esa evidencia ha llegado ahora gracias al análisis de una supernova observada en 2024 y bautizada como SN 2024afav. El estudiante de posgrado Joseph Farah, de la Universidad de California en Santa Bárbara y del Observatorio Las Cumbres, analizó en detalle los datos de este fenómeno y encontró una señal inesperada en su curva de luz.

La supernova, situada a aproximadamente mil millones de años luz de la Tierra, fue seguida durante más de 200 días por la red internacional de telescopios del Observatorio Las Cumbres, formada por 27 instrumentos repartidos por todo el mundo. Los investigadores observaron que, tras alcanzar su máximo brillo unos 50 días después de la explosión, la luminosidad no disminuía de forma suave, como suele ocurrir en estos eventos.

En lugar de eso, la luz mostraba una serie de oscilaciones: pequeñas subidas y bajadas que se repetían varias veces mientras la supernova se desvanecía lentamente. En total, los científicos detectaron cuatro de estas protuberancias en la curva de luz. Farah comparó el fenómeno con un sonido que aumenta gradualmente de frecuencia, similar al canto de un pájaro, motivo por el que los investigadores lo describen como un “chirrido”.

Este patrón resultó ser la pista clave. Según el modelo desarrollado por el equipo, parte del material expulsado en la explosión cayó de nuevo hacia el magnetar recién formado, creando un disco de gas y polvo conocido como disco de acreción. Este disco no estaría perfectamente alineado con el eje de rotación de la estrella de neutrones.

Precesión de Lense-Thirring

Aquí entra en juego uno de los efectos predichos por la relatividad general de Albert Einstein. Cuando un objeto extremadamente masivo gira muy rápido, puede arrastrar ligeramente el espacio-tiempo que lo rodea. Este fenómeno, conocido como precesión de Lense-Thirring, provocaría que el disco de materia alrededor del magnetar comenzara a oscilar.

Ese movimiento podría bloquear y reflejar periódicamente la luz generada por el magnetar, produciendo variaciones en el brillo observadas desde la Tierra. A medida que el material del disco se acerca al magnetar, la oscilación se vuelve cada vez más rápida, lo que explicaría por qué las variaciones en la luz también se aceleran con el tiempo.

Los investigadores probaron varias explicaciones alternativas, desde modelos clásicos basados en la física newtoniana hasta efectos relacionados con los campos magnéticos del propio magnetar. Sin embargo, solo el modelo basado en la relatividad general logró reproducir con precisión el patrón observado en la supernova.

Además, los datos permitieron estimar algunas propiedades del objeto central. Según los cálculos del equipo, la estrella de neutrones gira una vez cada 4,2 milisegundos y posee un campo magnético aproximadamente 300 billones de veces más intenso que el de la Tierra, rasgos característicos de un magnetar joven.

Para los científicos, el hallazgo supone algo más que una explicación para el brillo de ciertas supernovas. También representa una nueva forma de estudiar la física extrema del universo, en condiciones imposibles de reproducir en la Tierra.

Los investigadores creen que este tipo de señales podría encontrarse en muchos otros eventos similares en el futuro. La puesta en marcha del Observatorio Vera C. Rubin, diseñado para realizar el estudio más completo del cielo nocturno hasta la fecha, podría detectar decenas de estas supernovas “chirriantes” en los próximos años.

Si eso ocurre, los astrónomos dispondrán de una nueva ventana para observar el nacimiento de algunos de los objetos más violentos y fascinantes del cosmos. Un proceso que, hasta ahora, permanecía oculto en el interior de las explosiones estelares más brillantes del universo.