Restos de supernova: qué queda tras la explosión

Una supernova no termina con la explosión. Durante miles de años, el material expulsado sigue expandiéndose, barriendo el gas que encuentra a su paso y brillando en radio, en rayos X y en luz visible. Ese objeto en expansión, el resto de supernova, es la parte más duradera del fenómeno y la que permite reconstruir cómo fue la estrella que murió.

La onda expansiva

La explosión lanza las capas externas de la estrella a velocidades de miles de kilómetros por segundo. El material forma una cáscara en expansión que al principio es casi invisible y que se enciende cuando alcanza la onda de choque inversa. En pocos años, la cáscara se vuelve detectable en radio y rayos X.

Al chocar con el gas interestelar o con el viento que la estrella emitió antes de morir, la cáscara genera dos frentes: uno que avanza calentando el medio y otro que retrocede calentando el material eyectado. Ese doble choque es el motor de la emisión del resto durante gran parte de su vida.

Dos arquitecturas: cáscaras y pleriones

Los restos de cáscara son los más comunes. Muestran una estructura anular o filamentosa, con material expulsado mezclado con gas interestelar, y su emisión se reparte entre el visible, el radio y los rayos X. Allí es donde se observan los elementos sintetizados en la explosión y donde se estudia la mezcla de ese material con el entorno.

Los pleriones son otra cosa: restos dominados por la energía de una estrella de neutrones central giratoria. El púlsar inyecta partículas relativistas que forman una nebulosa brillante en su interior, con estructuras de chorro y anillos. La nebulosa del Cangrejo es el ejemplo más conocido de esta arquitectura.

Estrellas de neutrones y púlsares

Si la estrella que explotó tenía entre unas ocho y veinte veces la masa del Sol, su núcleo colapsa en una estrella de neutrones: un objeto de unos veinte kilómetros de diámetro con la masa del Sol, formado casi por completo por neutrones. La densidad es tal que una cucharadita de su material pesaría miles de millones de toneladas.

Muchas estrellas de neutrones giran rapidísimo y emiten haces de radiación que barren el espacio como un faro. Si el haz apunta hacia la Tierra, se detecta un pulso regular: es un púlsar. La regularidad de esos pulsos es tan alta que se han usado como relojes de precisión y para poner a prueba la relatividad general.

Emisión sincrotrón

En los restos jóvenes, buena parte del brillo en radio no proviene de gas caliente sino de electrones que giran en espiral alrededor de líneas de campo magnético. Esa radiación se llama sincrotrón y tiene una firma característica: es muy polarizada y se extiende de forma continua por un amplio rango de frecuencias.

Medir la polarización permite reconstruir la geometría del campo magnético del resto y su orientación respecto a la cáscara. En los pleriones, la emisión sincrotrón delata la presencia de una máquina de aceleración de partículas en el centro, alimentada por la rotación del púlsar.

Cómo se estudian

Cada banda revela una capa distinta del objeto. El radio muestra la estructura de la cáscara y la emisión sincrotrón; los rayos X revelan el gas a millones de grados y la posición de los frentes de choque; el infrarrojo detecta polvo calentado por la explosión; el visible, en los restos jóvenes, permite medir la expansión con precisión.

Comparar imágenes tomadas con años de diferencia da la velocidad de expansión, y de ahí se deduce la edad aproximada del resto. La espectroscopía identifica los elementos presentes y su distribución, lo que permite comprobar los modelos de nucleosíntesis y medir cuánto oxígeno, silicio o hierro produjo la estrella.

• La expansión se mide comparando imágenes de la misma zona en épocas distintas.
• La morfología revela si el material eyectado es irregular o si hay un púlsar activo.
• La composición química indica el tipo de progenitor y su masa.
• La polarización traza el campo magnético y la emisión sincrotrón.
• Los rayos X localizan los frentes de choque y el gas más caliente.

Lo que dejan al medio interestelar

Los restos son fábricas de elementos y aceleradores de partículas. En sus frentes de choque se cree que se aceleran buena parte de los rayos cósmicos galácticos, y el material expulsado enriquece el gas del que nacerán nuevas estrellas. El hierro, el oxígeno y el silicio de los planetas rocosos pasaron por ese ciclo.

Con el tiempo, la cáscara se mezcla con el medio interestelar y se disipa en unos pocos miles o decenas de miles de años. Lo que queda entonces es una estrella de neutrones solitaria, o un agujero negro si la estrella era muy masiva, y una región del espacio con una composición química distinta de la que tenía antes. Ese es, en última instancia, el legado visible de una supernova.