Supernovas fallidas: se van sin dejar rastro

• Título: Gone without a bang: An archival HST survey for disappearing massive stars
• Autores: Thomas Reynolds, Morgan Fraser, Gerard Gilmore.
• Institución del primer autor: University of Cambridge, Reino Unido.
• Estado: enviado a MNRAS.
• Astrobite original: Gone without a bang, por Ashley Villar.

Es bien sabido que una estrella con diez veces la masa del Sol termina su vida en una supernova, dejando atrás una estrella de neutrones. Se sabe también que estrellas colosales, aquéllas con más de 40 veces la masa del Sol, también explotan como supernovas, dando lugar a agujeros negros. Pero, ¿cuál es el destino de estrellas de masas intermedias? Uno podría pensar que también explotarían en forma de supernovas, siguiendo el ejemplo de sus hermanas. Sin embargo, muchas de estas estrellas pueden terminar sus vidas como agujero negros, pero ahorrándose los fuegos de artificio de las supernovas. ¿Cómo es esto posible?

Las supernovas de colapso nuclear (“core-collapse”) normalmente explotan cuando el núcleo de hierro de una estrella masiva alcanza la masa de Chandrasekhar y ya no puede sobreponerse a su propia fuerza gravitatoria. El núcleo entonces colapsa hasta que alcanza la densidad de un núcleo atómico, equivalente a cinco mil millones de toneladas en el volumen de una cucharada. En este momento, el material que está cayendo rebota hacia el exterior, produciendo una onda de choque que empuja las capas exteriores de la estrella con la ayuda de la emisión de neutrinos, produciendo una supernova. Sin embargo, este último paso puede fallar. Si la energía que provee la onda de choque no es suficiente, ésta puede detenerse antes de emerger de la estrella.  Cuando esto sucede, el agujero negro que se forma en el núcleo de la estrella simplemente la consume antes de que una explosión pueda ocurrir. Simplemente, la estrella desaparece sin dejar rastro.

Quizás. La teoría predice que la estrella brillará, roja, en forma prolongada pero transitoria con una luminosidad 10.000 veces menor a la de una supernova. Sin embargo, este tipo de fenómeno no ha sido observado jamás. Esto es particularmente extraño, ya que se espera que alrededor de un tercio de todos los colapsos nucleares terminen en una “supernova fallida”. Existe evidencia indirecta: es posible que las supergigantes rojas, con más de 15 masas solares, terminen su vida como supernovas fallidas. Después de todo, por qué no hemos observado a ninguna de ellas explotar como supernovas? Se ha dado en llamar a este interrogante el “Problema de las Supergigantes Rojas”.

Los autores del trabajo presentado hoy buscan la respuesta a este problema mediante una búsqueda en los archivos del telescopio espacial Hubble (HST). El HST ha estado orbitando alrededor de la Tierra  desde 1990, por lo cual tiene la ventaja única de haber recolectado muchísimas imágenes de galaxias de alta calidad, como la de las galaxias Antenna en la Figura 1. Los autores identifican galaxias que hayan sido observadas varias veces por HST a lo largo de su campaña para buscar estrellas que hayan desaparecido de las imágenes. En teoría, uno sólo necesitaría tres imágenes de HST en secuencia para lograrlo: dos imágenes antes de la supernova fallida para asegurar que la estrella no fuera extremadamente variable y una tercera imagen para capturar el acto de desaparición. Con este criterio e imponiendo ciertas condiciones sobre el tipo de galaxia y su distancia a la Vía Láctea, los autores logran reducir la búsqueda a seis potenciales supernovas fallidas en quince galaxias. De estos seis candidatos, dos son en verdad estrellas variables brillantes y otros tres, demasiado tenues para ser supergigantes rojas. Así, sólo queda un posible candidato. La curva de luz de esta estrella misteriosa se muestra en la Figura 2. Los autores no pueden estar completamente seguros de que este objeto sea realmente una supernova fallida usando sólo los datos de HST. Otros objetos podrían emular la curva de luz predicha para una supernova fallida. Por ejemplo, es posible que se trate de una estrella R Corona Borealis (RCB), una estrella evolucionada que es deficiente en hidrógeno. Este tipo de estrella puede reducir su luminosidad un orden de magnitud debido a densas nubes de polvo de carbono en su atmósfera. Si esto ocurriera durante las últimas observaciones, podría pensarse que la estrella ha desaparecido. Nuevos datos sobre esta candidato ayudarían a revelar su verdadera identidad.

Éste ha sido el segundo intento de buscar supernovas fallidas, luego del trabajo de Gerke et al. in 2014, el cual utilizó observaciones del Telescopio Gran Binocular. Ambos trabajos obtuvieron, al final, un solo candidato, pero desafortunadamente ninguno de ellos tenía suficiente información para determinar la evolución de la curva de luz. El misterio de las supernovas fallidas permanece sin resolver por el momento. ¿Qué pasa cuando una supernova falla y se forma un agujero negro y cómo se relaciona este fenómeno con el Problema de las Supergigantes Rojas? Por último, vale la pena mencionar que este estudio fue llevado a cabo en una pequeña fracción de los datos públicos del archivo de HST. No hay nada que perder: ¡tú también, lector, podrías estar buscando supernovas fallidas!