Hipernovas mostrando pasado
2008/12/01 Roa Zubia, Guillermo - Elhuyar Zientzia Iturria: Elhuyar aldizkaria
Algunos utilizan el nombre de hipernova para designar las explosiones más fuertes que han detectado los astrónomos. Es la continuación lógica de la sucesión de nombres de las explosiones: las supernovas son más fuertes que las bodas de novas, por lo que a las más fuertes que éstas debían denominarse hipernovas. Otros se llaman explosiones de rayos gamma (en inglés, gamma ray burst) y también se utiliza el término explosión cósmica. Todos tienen el mismo significado. Los astrónomos detectan estas explosiones tres o cuatro veces al día.
No saben qué son. Y no saben hacia dónde mirar para detectar explosiones, pero saben que estas explosiones se caracterizan por una radiación de muy alta energía: los rayos gamma.
Sorpresa marzo
Son difíciles de detectar y requieren un trabajo rápido si quieren estudiar la radiación de la explosión. Normalmente no se ven. Son muy frágiles y aparecen en un espacio muy reducido; si dividimos la Luna en cien partes, una hipernova alcanza el tamaño máximo de una de ellas. Se necesitan grandes telescopios para su detección. Pero en marzo, en la constelación de Itzaina, fue una forma de ver a simple vista: GRB 080319B.
Los astrónomos empezaron a trabajar rápidamente. En el equipo estaba Javier Gorosabel del Instituto de Astrofísica de Andalucía: "Fue espectacular. Estuvo en Semana Santa y desde un viaje llegaba a Granada. Nosotros tenemos una red, un satélite de la NASA está en órbita en busca de este tipo de explosiones, llamado Swift, y en el momento en que detecta alguna, envía sus coordenadas a la red que tenemos en la Tierra. Diez segundos después llegaron las coordenadas de la explosión al teléfono móvil."
En esos momentos los astrónomos tienen que dejar lo que tienen entre manos y correr para recoger los datos de la explosión. De hecho, trabajan como médicos de guardia. "Da igual si es noche o si es sábado. Tenemos que venir a trabajar", dice Gorosábel.
Una vez recibida la llamada, ponen en marcha una nueva red, la red de telescopios. Llaman, con absoluta prioridad, a los observatorios para que pongan los telescopios mirando estas coordenadas.
Todas las hipernovas que estudian se comportan de la misma manera, pero en este caso fue especial, ya que llegó suficiente luz a la Tierra para verlo a simple vista.
Los astrónomos calcularon que la explosión se había visto durante cuarenta segundos. Quizá no lo vio nadie, pero lo vieron los telescopios. Les llegó una señal muy potente, mucho más fuerte de lo que normalmente reciben, lo que les trajo grandes ventajas a los astrónomos.
Pudieron recoger muchos fotones. De las señales débiles habituales se reciben muy pocos fotones y la investigación suele ser muy limitada. Pero de la señal de la hipernova de marzo pudieron recoger millones de fotones. Gracias a ello, la investigación se llevó a cabo en muchas longitudes de onda.
De hecho, los rayos gamma procedentes del espacio no llegan a la superficie terrestre, ya que la atmósfera es un gran obstáculo para ello. No es transparente para esos rayos. Por eso deben usar los satélites. Pero las señales que ponen en marcha el sistema de llamadas de los satélites son rayos gamma, pero los telescopios que activan los astrónomos de la Tierra no reciben radiación a rayos gamma, sino a rayos infrarrojos y ondas visuales. En el caso de la hipernova GRB 080319B, las técnicas empleadas fueron aún más numerosas. Además de espectroscopias de diferentes longitudes de onda, por ejemplo, pudieron realizar estudios de polarización.
Buscando explicaciones
Uno de los objetivos de todas estas investigaciones es conocer qué son las hipernovas y entender por qué las produce. Hay varias teorías y el trabajo del grupo de Gorosábel tiene que ver con una de ellas.
Seguramente, hace millones de años existían estrellas gigantes que ahora no existen. Mucho más grandes que los actuales. Recibimos el eco de la explosión de estas estrellas. "Analizando estas explosiones estamos investigando cómo era el universo hace miles de millones de años", afirma Gorosábel. "La explosión de las estrellas gigantes existentes en la actualidad genera supernovas, pero, según una hipótesis, las explosiones de estrellas gigantes de hace mil millones de años eran hipernovas, porque eran estrellas mucho más grandes que los gigantes actuales."
Las hipernovas eran más fuertes que las supernovas y además tenían otras diferencias. Por ejemplo, la emisión de explosión de hipernovas no era un isótropo, es decir, no se propagaban de la misma manera en todas las direcciones; la mayor parte de la radiación se emitía en una dirección, como la luz de los faros. "Si esto es cierto, sólo vemos a los que emitieron la radiación en nuestra dirección. Por eso, creemos que el universo está lleno de hipernovas, pero que sólo vemos unas pocas."
A partir de estas supuestas características de los hipernovas, los astrónomos calculan de antemano cómo debían ser las estrellas gigantes que producían hipernovas. Se calcula que para poder existir (ser estables y duraderas) debían tener pocos metales en la atmósfera.
Todos los metales presentes en la Tierra han sido producidos en las estrellas, incluyendo los de origen humano (huesos, muelas, hierro de la hemoglobina de la sangre, etc.). Pero en el viejo universo casi todo era hidrógeno y helio. Había algo de litio y berilio, pero casi nada más. El resto de elementos se han creado con el tiempo dentro de las estrellas. Por eso, cuando las antiguas estrellas gigantes estallaban, no abrían metales en el espacio.
"El universo era muy ligero en aquella época. Hoy en día, sin embargo, en nuestra galaxia hay muchos metales, por ejemplo. Pero para estrellas como los gigantes de aquel principio no es viable tener una gran masa. Y viceversa: por la misma razón sabemos que las explosiones de estrellas actuales no pueden provocar una hipernova. Al final no encontraremos hipernovas a nuestro alrededor. Hay que buscarlo muy lejos, es decir, en explosiones de hace mucho tiempo."
Más que procedencia
Gorosábel ve dos caras en la investigación de la hipernova que estudiaron en marzo. Por un lado, la investigación es muy espectacular. Cuando se produjo aquella explosión, la edad del universo era la mitad de la nuestra. La Tierra no estaba hecha, ni el Sol, ni quizás la galaxia. Y eso significa que de alguna manera han visto a simple vista una cosa que es muy antigua, sin utilizar ningún instrumento. "Es muy espectacular y a la vez mediática".
Pero, por otro lado, tiene implicaciones muy fuertes a nivel científico. Sólo se está investigando la luz de la explosión, pero esa luz ha estado viajando por el universo durante miles de millones de años. Por lo tanto, todo el material que va desde el lugar de la explosión hasta el lugar en el que nos encontramos ha transformado la luz, añadiendo unas líneas espectrales. Y con el espectro se puede investigar cómo ha cambiado la composición química del universo con el tiempo. Finalmente, la espectroscopia de esta luz se utiliza como una sonda. No sólo ven un antiguo punto de la historia del universo, sino su evolución posterior.
El equipo granadino ha utilizado un telescopio en Estrasburgo: Interferómetro Plateau de Bure. No es un telescopio simple, sino que observa ondas milimétricas, sobre todo microondas. "Es una observación difícil, pero nosotros apostamos muy duro por investigar esa longitud de onda", explica Gorosábel. "Utilizamos el telescopio de allí, donde tenemos aprobado un proyecto. El resultado fue que detectamos fotones en ondas milimétricas, lo que es muy raro".
Esto ha traído una información muy importante, ya que los modelos teóricos anunciaban que se iban a recibir distintos fotones de esa longitud de onda. Por ello, y debido a que las mediciones del grupo granadino fueron muy precisas, los astrónomos han podido descartar algunos modelos teóricos en beneficio de otros.
El trabajo ha sido publicado en la revista Nature el 11 de septiembre. La publicación en la revista Nature es algo especial para los del grupo Gorosábel, que normalmente publica en revistas de astrofísica. Pero el impacto de esta investigación ha sido muy elevado. Nature y Science, dos de las principales revistas de la ciencia, publican investigaciones relevantes en muchos campos de la ciencia. En este caso se eligió el artículo que da los resultados del estudio de la hipernova de marzo. Además de en el espacio, esta hipernova ha brillado también en las mejores revistas.
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