Telescopios en Chile revelan los misterios tras las violentas muertes de las estrellas más grandes del Universo

El estudio sin precedentes de la supernova más cercana asociada a un evento transitorio rápido de rayos X es un enorme avance en la comprensión de las explosiones de las estrellas más grandes que nuestro Sol.

Utilizando una combinación de varios telescopios, que incluye al Observatorio Internacional Gemini, financiado en parte por la Fundación Nacional de Ciencias (NSF) y operado por NOIRLab de NSF, además del telescopio SOAR, del Observatorio Interamericano de Cerro Tololo, un Programa de NOIRLab de NSF, un equipo de astrónomos, logró detectar la explosión de supernova más cercana a la Tierra, confirmando que se trata de lo que se conoce como un evento transitorio rápido de Rayos X. Las observaciones revelan que el brillante estallido de rayos X puede ser el resultado de la fallida muerte de una estrella masiva.

Desde su primera detección, las poderosas explosiones de rayos X de galaxias distantes —a los que se le conoce como evento transitorio rápido de Rayos X (FXT)—, han desconcertado a los astrónomos de todo el mundo. Históricamente los FXT han sido eventos esquivos, que se producen a grandes distancias de la Tierra y duran apenas algunos segundos o algunas horas. La sonda Einstein Probe (EP), lanzada en 2024, se dedica a observar eventos transitorios en rayos X y está ayudando a los astrónomos que buscan comprender el origen de estos fenómenos exóticos.

En enero de 2025 EP alertó a los astrónomos sobre el FTX más cercano conocido hasta entonces, que recibió el nombre de EP 250108a. Su proximidad a la Tierra (2.800 millones de años luz) brindó una oportunidad sin precedentes para realizar observaciones detalladas sobre la evolución del evento.

Luego de la detección inicial de EP 250108a, un gran equipo internacional de astrónomos se puso manos a la obra para capturar su señal en diferentes longitudes de onda. De ese modo, el espectrógrafo FLAMINGOS-2 del telescopio Gemini Sur, la mitad austral del Observatorio Internacional Gemini, proporcionó datos en infrarrojo cercano, mientras que el Espectrógrafo Multi-Objeto de Gemini (GMOS), instalado en el telescopio Gemini Norte entregó las imágenes ópticas. Las capacidades de respuesta rápida de Gemini permitieron al equipo señalar velozmente la ubicación de EP 250108a, donde encontraron las brillantes secuelas de la muerte explosiva de una estrella masiva, conocida como supernova.

Mediante el análisis de la rápida evolución de la señal de EP 250108a durante los seis días siguientes a su detección inicial, el equipo descubrió que esta FXT es posiblemente una variación fallida de un estallido de rayos gamma (GRB). Los GRBs son las explosiones más poderosas conocidas en el Universo y se han observado antes de las supernovas. Durante estos eventos, violentos géiseres de partículas de alta energía irrumpen a través de las capas externas de una estrella cuando ésta colapsa sobre sí misma. Estos chorros fluyen casi a la velocidad de la luz y son detectables por su emisión de rayos gamma.

EP 250108a se parece a una explosión impulsada por chorros, pero en la que éstos no atraviesan las capas externas de la estrella moribunda , sino que permanecen atrapados en su interior. A medida que los chorros sofocados interactúan con las capas externas de la estrella, se desaceleran y su energía cinética se convierte en los rayos X detectados por la Sonda Einstein.

El investigador de postdoctorado de la Universidad de Leicester y autor principal de uno de los dos artículos complementarios que presentan esta investigación, Rob Eyles-Ferris, señaló que “esta supernova FXT es casi gemela a de las supernovas pasadas que siguieron a GRB. Nuestras observaciones de las primeras etapas de la evolución de EP 250108a muestran que las explosiones de estrellas masivas pueden producir ambos fenómenos”. Los artículos de investigación serán publicados en la revista The Astronomical Journal Letters.

Aunque estas observaciones de las primeras etapas permiten comprender mejor los mecanismos que impulsan la FXT, es necesario un seguimiento a más largo plazo del suceso para reconstruir las características de la estrella progenitora. Por ello, el equipo continuó observando EP 250108a más allá de los primeros seis días, para verificar cómo la emisión del chorro atrapado se desvanecía y la señal óptica de su supernova asociada, SN 2025kg, dominaba los espectros.

Al respecto, el estudiante de doctorado de la Universidad Northwestern y autor principal del segundo artículo complementario, Jillian Rastinejad, dijo que “los datos de rayos X por sí solos no pueden decirnos qué fenómenos crearon el FXT. Nuestra campaña de seguimiento óptico de EP 250108a fue clave para identificar las secuelas de la FXT y reunir pistas sobre su origen”.

En la ubicación de EP 250108a, el equipo observó un aumento del brillo óptico que duró unas semanas antes de extinguirse, junto con espectros que contenían amplias líneas de absorción. Estas características indican que la FXT está asociada a una supernova de líneas anchas de tipo lc.

Las observaciones en infrarrojo cercano del telescopio de Investigación Astrofísica del Sur de 4,1 metros (SOAR, del Observatorio Interamericano de Cerro Tololo, en Chile, ayudaron a determinar el brillo máximo de la supernova y ofrecieron más pistas sobre el aspecto de la estrella progenitora. El equipo estima que la estrella cuya muerte desencadenó EP 250108a y su supernova asociada, tenía una masa entre 15 a 30 veces la del Sol.

“Nuestro análisis demuestra definitivamente que las FXT pueden originarse a partir de la muerte explosiva de una estrella masiva y también apoya una relación causal entre las supernovas GRB y las supernovas FXT, en la que las GRB son producidas por chorros exitosos y las FXT por chorros atrapados o débiles”, afirma Rastinejad. 

En conjunto, los artículos complementarios del equipo presentan el conjunto de datos más detallado hasta la fecha de una supernova que acompaña a una EP FXT. Su análisis combinado indica que los chorros “fallidos” asociados a las FXT son más comunes en las explosiones de estrellas masivas que los chorros “exitosos” asociados a los GRB. Desde el lanzamiento de EP, se han detectado FXT varias veces al mes. Mientras tanto, las detecciones de GRBs han sido históricamente escasas, ocurriendo aproximadamente una vez al año.

Por su parte, Eyles-Ferris sostiene que “este descubrimiento anuncia una comprensión más amplia de la diversidad en la muerte de las estrellas masivas y la necesidad de investigaciones más profundas en todo el panorama de la evolución estelar”.

La comprensión de estos fenómenos se profundizará considerablemente gracias al próximo Observatorio Vera C. Rubin de NSF-DOE, financiado por NSF y la Oficina de Ciencia del Departamento de Energía de EE.UU. (DOE/SC). La Investigación del Espacio-Tiempo como Legado para la posteridad (LSST, por sus siglas en inglés), que durará una década, proporcionará a los astrónomos inmensas cantidades de datos detallados en el sobre explosiones estelares, revelando el funcionamiento interno de los FXT y muchos otros fenómenos estelares exóticos.

Asimismo, el director de Programa de NSF para el Observatorio Internacional Gemini, Martin Still, explicó que “el Observatorio Internacional Gemini combina capacidades de respuesta rápida con una sensibilidad líder en el mundo para fuentes débiles y distantes, lo que sitúa a Gemini como una máquina de seguimiento de primer orden para alertas de eventos explosivos procedentes de detectores de ondas gravitacionales y partículas, sondeos espaciales y el próximo Legacy Survey of Space and Time del Observatorio Vera C. Rubin de NSF-DOE”.