Un raro tipo de supernova: astrónomos descubren sus mecanismos de explosión
Un equipo internacional de astrónomos ha logrado avances significativos en el estudio de la supernova SN 2014C, un fenómeno único que muestra una notable transformación espectral. Sus investigaciones revelan la compleja interacción entre la supernova y el material circundante, y ofrece nuevas claves sobre la muerte de estrellas masivas.
Por Enrique Coperías
Esta imagen en luz visible del Sloan Digital Sky Survey muestra la galaxia espiral NGC 7331, en el centro, donde los astrónomos observaron la inusual supernova SN 2014C (en el recuadro). Cortesía: NASA/CXC/CIERA/R.Margutti et al
Un equipo internacional de investigadores, liderado por los Observatorios de Yunnan de la Academia China de las Ciencias, ha logrado avances significativos en el estudio observacional de la supernova metamórfica SN 2014C. Su trabajo, recientemente publicado en The Astrophysical Journal, ofrece información crucial sobre los mecanismos de explosión de este raro tipo de supernova y las etapas evolutivas finales de su estrella progenitora.
SN 2014C, que se encuentra en la galaxia espiral NGC 7331, situada a aproximadamente 15,1 millones de años luz de la Tierra, en la constelación de Pegaso, es un caso único dentro del estudio de las supernovas debido a su transformación espectral, ya que ha pasado de ser de un Tipo Ib pobre en hidrógeno a un Tipo IIn, mucho más rico en este elemento.
Esta transformación sugiere que la estrella progenitora había perdido casi toda su envoltura externa de hidrógeno antes de la explosión, dejando detrás un denso material circunestelar (CSM) que jugó un papel crucial en el comportamiento de la supernova. A lo largo de los últimos diez años, este fenómeno ha atraído la atención de astrónomos debido a su complejidad.
Primeras interacciones entre la supernova y el material circunestelar
No hay que olvidar que el material circunestelar es el gas y polvo que rodea una estrella, formado por material expulsado durante su vida, como vientos estelares o explosiones previas, y que puede interactuar con la supernova cuando esta explota.
Utilizando el telescopio Lijiang de 2,4 metros, los investigadores realizaron observaciones diarias durante las primeras semanas de la explosión, lo que permitió obtener los primeros datos completos sobre SN 2014C. Estas observaciones revelaron indicios tempranos de la interacción entre la supernova y el CSM, y ha proporcionado información sobre las capas internas del material circundante.
En este sentido, el equipo de investigación desarrolló un modelo que explica el comportamiento de la curva de luz de SN 2014C, que muestra una interacción más compleja de la esperada entre la explosión y el material circunestelar.
Un isótopo en «declive»
El estudio de la supernova SN 2014C se centra en cómo las interacciones entre la explosión y el CSM afectan s la luminosidad y a las características espectrales. Durante las primeras fases de la explosión, se observó una curva de luz más brillante de lo normal, lo que indica que la fuente de energía no solo se debe al decaimiento radiactivo del isótopo del níquel 56Ni.
En cambio, la interacción con el material circunestelar parece haber sido un factor importante. De hecho, la transición de SN 2014C de un tipo de supernova de baja cantidad de hidrógeno (Tipo Ib) a uno más rico en hidrógeno (Tipo IIn) apunta a que el material circundante jugó un papel central en el desarrollo del fenómeno.
Los investigadores también descubrieron que el material circunestelar de SN 2014C no es homogéneo; en lugar de una distribución uniforme, presenta una estructura en forma de U. Este hallazgo es clave, ya que el material circunestelar no solo afectó a la forma en que se observó la luz de la supernova, sino que también modificó la evolución espectral de la misma.
Esta imagen del Observatorio de Rayos X Chandra de la NASA muestra la galaxia espiral NGC 7331, en el centro, en una imagen de rayos X de tres colores. Los colores rojo, verde y azul se utilizan para los rayos X de baja, media y alta energía, respectivamente. En esta galaxia se ha detectado una inusual supernova llamada SN 2014C. Cortesía: NASA/CXC/CIERA/R.Margutti et al
En otras palabras, el entorno circunestelar de SN 2014C no fue estático, sino que cambió a medida que la supernova interactuaba con él, lo que afectó a la curva de luz y al espectro de la supernova de manera compleja.
Además, al analizar las primeras observaciones espectroscópicas y fotométricas, los investigadores estimaron que la explosión de SN 2014C sintetizó alrededor de 0,14 masas solares de 56Ni, lo que generó la energía suficiente para su explosión inicial. Sin embargo, esta cantidad no fue suficiente para mantener la luminosidad observada después de diez días de la explosión, lo que indica que el CSM continuó interactuando con la supernova, proporcionando así una dosis de energía adicional.
La interacción entre el material expulsado por la estrella progenitora y el gas circundante fue probablemente más importante de lo que se había pensado inicialmente, y esta interacción podría haber comenzado mucho antes de lo que se había anticipado en otros estudios.
Más luminosa que las de su especie
Lo realmente sorprendente de este fenómeno es que la supernova no solo mostró una mayor luminosidad que otras supernovas de su tipo, sino que también presentó un comportamiento espectral que la hacía parecer una supernova de tipo IIn, incluso cuando aún era una supernova de tipo Ib. Este comportamiento transitorio ha sido observado en otras supernovas, como SN 2001em y SN 2004dk, pero SN 2014C es uno de los ejemplos más completos y detallados debido a la cantidad de datos obtenidos.
A lo largo de más de un año de observaciones, los investigadores también documentaron cómo el color de SN 2014C cambió con el tiempo. Durante los primeros días, la supernova mostró un color rojo, lo que sugiere que la temperatura de la explosión disminuyó. Sin embargo, después de aproximadamente veinte días, el color comenzó a estabilizarse y se volvió más azul, debido a la interacción con el CSM. Esto indica un aumento en la energía liberada por la explosión a medida que el material circunestelar se disipaba y se excitaba por la supernova.
Por otro lado, las observaciones espectroscópicas mostraron una amplia gama de características espectrales, desde líneas de absorción de hidrógeno de alta velocidad hasta líneas de emisión que indicaban la interacción continua con el CSM. A medida que pasaban los meses, la supernova se fue volviendo más transparente, lo que facilitó que los astrónomos estudiaran con detalle su núcleo y la interacción con el el entorno circunestelar.
Izquierda: diagrama esquemático de SN 2014C y su material circunestelar exterior (CSM ), que muestra la interacción gradual entre las eyecciones de la supernova (círculo azul-blanco en el centro) y el CSM exterior tras la explosión. Arriba, a la derecha: Evolución espectral de una SN Ib pobre en hidrógeno a una SN IIn rica en hidrógeno. Abajo a, la derecha: Luminosidad bolométrica y su ajuste al modelo, que revela la energía adicional proporcionada por la interacción entre la supernova y el CSM presente desde las primeras etapas. Las flechas de colores indican las épocas correspondientes de la curva de luz para la evolución espectral mostrada arriba. Crédito: Zhai Qian
Este trabajo tiene implicaciones importantes para el estudio de las supernovas metamórficas, que son aquellas que pasan por transformaciones espectrales significativas debido a la interacción con su entorno circunestelar. En el caso de SN 2014C, la combinación de datos fotométricos y espectroscópicos ha permitido una comprensión mucho más profunda de cómo los materiales expulsados por una estrella pueden influir en la manera en que una supernova se desarrolla, brilla y cambia con el tiempo.
No cabe duda de que el estudio de SN 2014C ofrece una ventana única a la compleja interacción entre las supernovas y el gas que las rodea, abriendo un nuevo capítulo en nuestra comprensión de estos eventos cósmicos. La continua observación de fenómenos como este puede proporcionar respuestas cruciales sobre la vida de las estrellas masivas y los mecanismos que rigen su explosión.▪️
Información facilitada por la Academia China de las Ciencias
Fuente: Qian Zhai et al. SN 2014C: A Metamorphic Supernova Exploded in the Intricate and Hydrogen-rich Surroundings. The Astrophysical Journal (2025). DOI: 10.3847/1538-4357/ad9c76
