Mira, la estrella cometa

Identificada la estrella compañera de la Supernova de Tycho Brahe

Un equipo de astrónomos, liderados por la española Pilar Ruiz-Lapuente, demuestra por vez primera la naturaleza de las supernovas de tipo Ia.

Introducción

En el último número de la prestigiosa revista Nature se publicó un trabajo que arroja luz sobre la naturaleza de las supernovas de tipo Ia. La investigación se basa en observaciones de los remanentes de la explosión de la supernova de Tycho (que fue visible a simple vista en el año 1572) y demuestra que, al menos algunas supernovas de este tipo, se generan en sistemas binarios.

Las supernovas de tipo Ia son cruciales para la cosmología actual, porque se utilizan para medir distancias a galaxias lejanas. Gracias a la observación de este tipo de supernovas, los cosmólogos han deducido que el Universo no sólo está en expansión, como es de prever según la teoría de la Gran Explosión, sino que lo hace de forma acelerada.

Tycho Brahe

[Retrato de Tycho Brahe]Tycho Brahe (1546-1601) fue el último de los grandes astrónomos antiguos. Hijo de nobles, vivió en el siglo XVI, justo antes de la invención del telescopio. En esta época el sistema tolemaico o geocentrista aún dominaba la ciencia celeste. Brahe era heredero de una tradición astronómica y astrológica que se instauró en el siglo II d.C. por Claudio Ptolomeo de Alejandría (~85 -~165).

Ptolomeo, entre otras importantes obras, compiló y mejoró todo el saber astronómico de su época en su trabajo Sintaxis matemática. Este magno trabajo incluía el mapa estelar de Hipparcos (siglo II a.C.) y un modelo matemático del Sistema Solar. Se basaba éste en órbitas circulares y planetas con velocidad constante. En su época, el modelo de Ptolomeo predecía la posición de los planetas con buena precisión. Debido a la caída del Imperio Romano y la llegada de la Edad Media a Europa, fueron principalmente los los astrónomos árabes quienes conservaron la obra de Ptolomeo mediante sucesivas traducciones, copias y correcciones menores, a la cual le dieron el nombre de Almagesto («El más grande»). Con el paso de los siglos, las predicciones planetarias del modelo de Ptolomeo perdían precisión. Durante los más 1000 años de vigencia, fueron muchos los que criticaron el sistema del sabio alejandrino pero ninguno fue capaz de mejorarlo. Y aquí es donde llegamos a Tycho.

El 24 ago 1563, mientras estudiaba en Leipzig, Tycho observó una conjunción entre Júpiter y Saturno. El evento estaba predicho por las tablas astronómicas que utilizaban el modelo de Ptolomeo, pero equivocaban la fecha. Tycho, con 17 años, decidió entonces dedicar su vida a la medición, con toda la precisión posible, de la posición de las estrellas y los planetas para mejorar las predicciones. La medida de la posición exacta de las estrellas y planetas no era sencilla antes de la invención del telescopio. Gracias a los aumentos de un telescopio, se puede apuntar con precisión a un objeto celeste y anotar su altura y distancia con respecto al Norte con poco error. Pero hacerlo sin óptica no era fácil. Para ello, Tycho desarrolló nuevos instrumentos que le permitieron realizar un mapa con la posición precisa de más de 1000 estrellas.

Las observaciones meticulosas de Tycho cambiaron el mundo de la astronomía y la ciencia. Probablemente murió por autoenvenenamiento con mercurio. Sus últimas palabras fueron «que mi vida no haya sido en vano». Pero no fue Tycho que cambió el mundo, sino uno de sus últimos empleados, nada menos que Johannes Kepler (1571-1630). Kepler utilizó las medidas de la posición de Marte para superar al sistema de Ptolomeo. Como Copérnico, Kepler se basó en un modelo en el que el centro era el Sol, pero descartó que los planetas se movieran en órbitas circulares y a velocidad constante: las observaciones de Tycho demostraban que los planetas se movían en órbitas elípticas y más rápido cuanto más cerca del Sol.

La nova de Tycho

[Supernova de Tycho]Otra herencia de Aristóteles y Ptolomeo era la opinión de que el cielo era inmutable. Sin embargo, el 11 nov 1572, Tycho Brahe observó una nueva estrella en la constelación de Casiopea.

«El día 11 de noviembre, en el crepúsculo después de la puesta de Sol, estaba contemplando las estrellas en un cielo claro. Percibí que una nueva e inusual estrella, que sobrepasaba las otras estrellas en brillo, refulgía casi directamente encima de mi cabeza; y puesto que desde mi infancia conocía todas las estrellas del cielo perfectamente, me fue muy obvio que nunca había habido ninguna estrella en aquel lugar del cielo, ni siquiera la más débil, y aún menos una estrella tan conspicua y brillante como esta».

Al comienzo tenía el brillo de Júpiter, con los días pasó a tener el brillo de Venus y luego fue debilitándose hasta hacerse invisible en marzo de 1574. Tycho midió la posición de la estrella y anotó la evolución del brillo con meticulosidad. A partir de las medidas de la posición dedujo que la nova estaría en la esfera de las estrellas, porque de tratarse de un fenómeno atmosférico tendría que observarse paralaje. Esto contradecía la tradición aristotélica de los cielos perfectos e inmutables. Tycho escribió un libro en latín sobre estas observaciones, Stella Nova, que lo convirtió en un respetado astrónomo.

Desde entonces, las estrellas nuevas que se observan en el cielo son denominadas novas. Con la llegada de los telescopios y el desarrollo de la astronomía moderna, nuestro conocimiento sobre las estrellas en general y estos enigmáticos objetos en particular ha mejorado considerablemente. Hoy sabemos que hay muchos tipos de novas y, entre ellas, destacan las supernovas.

Supernovas

Dejamos atrás a Tycho Brahe y volvemos al siglo XXI. Hoy en día conocemos que Tycho Brahe observó la explosión de una estrella en nuestra galaxia. En estas gigantescas explosiones, la supernova llega a brillar más que el conjunto de miles de millones de estrellas que pueblan la galaxia. Los restos de la estrella progenitora se lanzan en todas las direcciones y con el tiempo crean una nebulosa (remanente de supernova).

[Sistema binario, pre-supernova de tipo Ia]Las supernovas fruto del acabose de una sola estrella, muy masiva, son denominadas de tipo II. En 1999, un grupo de astrónomos del Instituto de Astrofísico de Canarias demostraron que los núcleos de las supernovas de tipo II pueden crear agujeros negros.

Las supernovas de tipo I-a, en cambio, se supone que involucran un par estelar cuya detonación es más brillante. Una de las estrellas debe ser una enana blanca. Cuando el par está lo suficientemente cerca, la enana blanca le roba materia a su compañera. En el momento en el que la enana blanca acumula 1,4 masas solares (límite de Chandrasekhar) muere de indigestión en un gran estallido.

Los tipos difieren, entre otras cosas, en brillo intrínseco y en la curva de luz (cómo evoluciona el brillo de la estrella con respecto al tiempo). Gracias a un trabajo publicado también este año por Pilar Ruiz Lapuente, que reconstruye la curva de brillo en la escala moderna de magnitudes, sabemos que la supernova de Tycho fue de tipo Ia.

De media, en cada galaxia se da una supernova cada 200 años. Las que suceden en nuestra propia galaxia son todo un espectáculo, porque son visibles a simple vista con un brillo tal que se ven incluso de día. Johannes Kepler registró la última de estas supernovas cercanas, en el año 1604. Desde entonces no hemos visto ninguna en la Vía Láctea.

Las supernovas de tipo Ia y el Universo acelerado

La característica de las supernovas de tipo I, y subtipo a, es que su brillo máximo es siempre el mismo. La diferencia de brillo máximo entre dos de estas supernovas es debido a la diferencia de distancias. Así, podemos medir directamente la distancia a la que se encuentran las galaxias cuando observamos la explosión de supernovas de tipo Ia en ellas. Las supernovas, como las ceféidas, son candelas estándar. En 1998 de forma independiente, el Supernova Cosmology Project (SCP) y el High-Z Supernova Search Team (HZSST) presentaron los resultados de sus observaciones de supernovas lejanas. Estos grupos buscan supernovas de tipo Ia extremadamente alejadas de la Vía Láctea, a varios miles de millones de años luz, tratando así de verificar las distancias que nos separan de sus respectivas galaxias.

Según el modelo estándar de la Gran Explosión, el Universo se creó tras una singularidad que lanzó a gran velocidad una ingente cantidad de energía. Desde hace décadas, los cosmólogos y astrofísicos deseaban comprobar si el Universo poseía la suficiente masa como para que su peso hiciera frenar la expansión de tal forma que el Cosmos implosionara de nuevo, o si por el contrario, la expansión nunca se frenaría lo suficiente y el Universo se haría eternamente más grande. Sin embargo, se observó que las supernovas más lejanas son más débiles de lo previsto. La conclusión es que el Universo no solo no se está frenando, sino que se está acelerando.

No es de extrañar, pues, que los autores del trabajo sobre la supernova de Tycho formen parte del Supernova Cosmology Project.

Superviviente estelar

Hasta el momento, que las supernovas de tipo Ia estaban compuestas de una estrella y una enana blanca no estaba demostrado y tampoco existían evidencias de qué tipo de estrellas eran la fuente de materia para las enanas blancas. El equipo, compuesto por Pilar Ruiz-Lapuente (Universidad de Barcelona), Lars Lindberg Christensen (ESA), Ray Villard (STScI), Alex Filippenko (Universidad de California), Javier Méndez (Isaac Newton Group of Telescopes), Robert Sanders (Universidad de California) y Laura Kraft (Observatorio W.M. Keck) utilizaron varios instrumentos, entre ellos el Telescopio Espacial Hubble, uno de los telescopios Keck de 10 metros de Hawaii (el más grande del mundo) y el William Herschel de 4,2 metros de La Palma (el más grande de España) para identificar los responsables de la supernova de Tycho.

Tras cuatro siglos, en el lugar donde Tycho observó su nueva estrella hoy se encuentra un pequeño remanente de supernova. Fue descubierto en 1952 mediante el radiotelescopio de Jodrell Bank debido a que, al ser relativamente reciente, emite gran cantidad de rayos X. Y como en un capítulo de investigación policial, el equipo analizó con detenimiento la escena del crimen en busca de los culpables. Se acotó la búsqueda a un círculo de 40 segundos de arco. Con imágenes del Telescopio Espacial Hubble obtenidas en un intervalo de 7 años, se identificó una estrella con exceso de velocidad, que se movía tres veces más rápido que las estrellas de su vecindad. A modo de control de alcoholemia, la estrella sospechosa fue observada luego con los telescopios William Herschel y Keck para conocer su composición y ésta descarta que la gran velocidad sea debida a que es una estrella del halo de la Vía Láctea. Por tanto, todos los indicios apuntan a que esta estrella de tipo similar al Sol (tanto en masa como en composición, pero de radio tres veces mayor) fue la compañera que donó masa a la enana blanca para dar lugar a la supernova de Tycho.

Ahora podemos reconstruir el crimen con toda precisión. Haciendo un flash back, la secuencia de eventos fue la siguiente:

  • Hace unos 9565 años, una enana blanca llegó a las 1,4 masas solares después de milenios de transferencia de masa con una estrella solar y explota en una titánica supernova.
  • La enana blanca esparce sus cenizas estelares.
  • La energía y materia lanza a su compañera fuera de órbita
  • 9132 años después, la luz llega a los cielos terrestres donde, entre otros humanos, un tal Tycho Brahe descubre la nueva estrella en los cielos y la sigue durante meses.
  • 9565 años después, un grupo de astrónomos encaja las piezas del suceso, un humano escribe sobre el hecho y -con suerte- más de uno lee acerca y aprende algo de todo esto.

Epílogo

La astronomía es una de las ciencias más asequibles ya que el cielo es un libro abierto escrito en un idioma universal: la luz. Desde Hipparcos hasta Hubble, desde el teodolito hasta el telescopio espacial, las ideas que sustentan hoy nuestra visión del Universo y de nosotros mismos están íntimamente ligados. Los métodos y las tecnologías han cambiado, pero la motivación de los sabios griegos, árabes, renacentistas y contemporáneos sigue siendo la misma: desmadejar el Cosmos, realizar mejores predicciones, poder vivir de ello y sobre todo, satisfacer el hambre de conocimiento.

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