Posible ‘superkilonova’ explotó no una sino dos veces

Cuando las estrellas más masivas llegan al final de sus vidas, estallan en espectaculares explosiones de supernova, que siembran el universo con elementos pesados ​​como el carbono y el hierro. Otro tipo de explosión, la kilonova, ocurre cuando un par de estrellas muertas densas, llamadas estrellas de neutrones, colisionan, forjando elementos aún más pesados ​​como el oro y el uranio. Estos elementos pesados ​​se encuentran entre los componentes básicos de las estrellas y los planetas.

Hasta la fecha, solo se ha confirmado inequívocamente una kilonova: un evento histórico conocido como GW170817, ocurrido en 2017. En ese caso, dos estrellas de neutrones colisionaron, enviando ondas en el espacio-tiempo, conocidas como ondas gravitacionales, así como ondas de luz a través del cosmos.

La explosión cósmica fue detectada en ondas gravitacionales por el Observatorio de Ondas Gravitacionales por Interferometría Láser (LIGO) de la Fundación Nacional de la Ciencia y su socio europeo, el detector de ondas gravitacionales Virgo, y en ondas de luz por docenas de telescopios terrestres y espaciales de todo el mundo. Ahora, los astrónomos reportan evidencia de un posible segundo evento de kilonova, pero el caso no está cerrado. De hecho, esta situación es mucho más compleja, ya que se cree que la kilonova candidata, llamada AT2025ulz, se originó a partir de una explosión de supernova que ocurrió horas antes, lo que finalmente obstruyó la visión de los astrónomos.

«Al principio, durante unos tres días, la erupción se parecía a la primera kilonova de 2017», afirma Mansi Kasliwal (Ph.D. ’11), profesora de astronomía y directora del Observatorio Palomar de Caltech, cerca de San Diego. «Todos se esforzaron intensamente en observarla y analizarla, pero luego comenzó a parecerse más a una supernova, y algunos astrónomos perdieron el interés. Nosotros no».

Kasliwal es la autora principal de un nuevo estudio que describe los hallazgos en The Astrophysical Journal Letters. En el informe, ella y sus colegas describen evidencia de que este extraño evento podría ser una superkilonova única en su tipo, o una kilonova impulsada por una supernova. Un evento de este tipo se ha planteado como hipótesis, pero nunca se ha observado.

La evidencia de esta posible rareza apareció por primera vez el 18 de agosto de 2025, cuando los detectores gemelos LIGO en Luisiana y Washington, así como Virgo en Italia, detectaron una nueva señal de ondas gravitacionales.

En cuestión de minutos, el equipo que opera los detectores de ondas gravitacionales (una colaboración internacional que también incluye a la organización que gestiona el detector KAGRA en Japón) envió una alerta a la comunidad astronómica informando de que se habían registrado ondas gravitacionales provenientes de lo que parecía ser una fusión entre dos objetos, siendo al menos uno de ellos inusualmente diminuto. La alerta incluía un mapa aproximado de la ubicación de la fuente.

«Aunque no es tan fiable como algunas de nuestras alertas, esto rápidamente nos llamó la atención como un candidato a evento potencialmente muy intrigante», afirma David Reitze, director ejecutivo de LIGO y profesor de investigación en Caltech. «Seguimos analizando los datos y es evidente que al menos uno de los objetos en colisión es menos masivo que una estrella de neutrones típica».

Unas horas más tarde, la Instalación Transitoria Zwicky (ZTF), una cámara de sondeo del Observatorio Palomar, fue la primera en localizar un objeto rojo que se desvanecía rápidamente a 1.300 millones de años luz de distancia, y que se cree que se originó en el mismo lugar que la fuente de ondas gravitacionales. El evento, inicialmente llamado ZTF 25abjmnps, fue posteriormente renombrado AT2025ulz por el Servidor de Nombres Transitorios de la Unión Astronómica Internacional.

Una docena de telescopios más se fijaron en el objetivo para obtener más información, incluyendo el Observatorio W. M. Keck en Hawái, el telescopio Fraunhofer en el Observatorio Wendelstein en Alemania y un conjunto de telescopios en todo el mundo que anteriormente formaban parte del programa GROWTH (Retransmisión Global de Observatorios que Observan la Ocurrencia de Transitorios), dirigido por Kasliwal.

Las observaciones confirmaron que la erupción de luz se había desvanecido rápidamente y brillaba en longitudes de onda rojas, tal como lo había hecho GW170817 ocho años antes. En el caso de la kilonova GW170817, los colores rojos provenían de elementos pesados ​​como el oro; estos átomos tienen mayores niveles de energía electrónica que los elementos más ligeros, por lo que bloquean la luz azul pero dejan pasar la roja.

Luego, días después de la explosión, AT2025ulz comenzó a brillar de nuevo, a tornarse azul y a mostrar hidrógeno en su espectro; todos ellos signos de una supernova, no de una kilonova (específicamente, una supernova de «colapso del núcleo con envoltura despojada»).

No se espera que las supernovas de galaxias distantes generen suficientes ondas gravitacionales para ser detectables por LIGO y Virgo, mientras que las kilonovas sí. Esto llevó a algunos astrónomos a concluir que AT2025ulz fue desencadenada por una típica supernova de baja intensidad y que, de hecho, no estaba relacionada con la señal de ondas gravitacionales.

¿Qué podría estar sucediendo?

Kasliwal afirma que varias pistas le indicaron que algo inusual había ocurrido. Si bien AT2025ulz no se parecía a la clásica kilonova GW170817, tampoco parecía una supernova promedio. Además, los datos de ondas gravitacionales de LIGO-Virgo revelaron que al menos una de las estrellas de neutrones en la fusión era menos masiva que nuestro Sol, lo que indica que una o dos estrellas de neutrones pequeñas podrían haberse fusionado para producir una kilonova.

Las estrellas de neutrones son los restos de estrellas masivas que explotan como supernovas. Se cree que tienen aproximadamente el tamaño de San Francisco (unos 25 kilómetros de diámetro) con masas que oscilan entre 1,2 y aproximadamente tres veces la de nuestro Sol. Algunos teóricos han propuesto formas en que las estrellas de neutrones podrían ser incluso más pequeñas, con masas inferiores a la del Sol, pero hasta ahora no se ha observado ninguna.

Los teóricos plantean dos escenarios para explicar cómo un neutrón podría ser tan pequeño. En uno de ellos, una estrella masiva que gira rápidamente se transforma en supernova y luego se divide en dos diminutas estrellas de neutrones subsolares en un proceso llamado fisión.

En el segundo escenario, llamado fragmentación, la estrella que gira rápidamente se transforma nuevamente en supernova, pero esta vez se forma un disco de material alrededor de la estrella en colapso. El material del disco, abultado, se fusiona en un diminuto neutrón de forma similar a como se forman los planetas.

Dado que LIGO y Virgo han detectado al menos una estrella de neutrones subsolar, es posible, según las teorías propuestas por el coautor Brian Metzger, de la Universidad de Columbia, que dos estrellas de neutrones recién formadas pudieran haber girado en espiral y colisionado, entrando en erupción como una kilonova que envió ondas gravitacionales que recorrieron el cosmos.

Al liberar metales pesados, la kilonova habría brillado inicialmente con luz roja, como observaron el ZTF y otros telescopios. Los escombros en expansión de la explosión inicial de la supernova habrían oscurecido la visión de la kilonova por parte de los astrónomos.

En otras palabras, una supernova podría haber dado origen a dos estrellas de neutrones gemelas que luego se fusionaron para formar una kilonova.

«La única manera en que los teóricos han descubierto cómo se originan estrellas de neutrones subsolares es durante el colapso de una estrella que gira muy rápidamente», afirma Metzger. «Si estas estrellas ‘prohibidas’ se aparean y se fusionan emitiendo ondas gravitacionales, es posible que dicho evento estuviera acompañado de una supernova en lugar de verse como una simple kilonova».

Pero si bien esta teoría es tentadora e interesante de considerar, el equipo de investigación enfatiza que no hay suficiente evidencia para realizar afirmaciones sólidas.

La única manera de probar la teoría de las superkilonovas es encontrar más. «Futuros eventos de kilonovas podrían no parecerse a GW170817 y podrían confundirse con supernovas», afirma Kasliwal.

Podemos buscar nuevas posibilidades en datos como este del ZTF, así como del Observatorio Vera Rubin, y en proyectos futuros como el Telescopio Espacial Nancy Roman de la NASA, el UVEX de la NASA [dirigido por Fiona Harrison de Caltech], el Deep Synoptic Array-2000 de Caltech y el Cryoscope de Caltech en la Antártida. No sabemos con certeza si hemos encontrado una superkilonova, pero el evento, sin embargo, es revelador.

Con información de The Astrophysical Journal Letters