La IA ayuda a descubrir una nueva clase de supernova

Astrónomos han descubierto lo que podría ser una estrella masiva que explota mientras intenta engullir a un agujero negro compañero. Explica una de las explosiones estelares más extrañas jamás vistas.

El descubrimiento fue realizado por un equipo liderado por el Centro de Astrofísica | Harvard & Smithsonian (CfA) y el Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT) como parte del Experimento de Supernovas Jóvenes.

La explosión, denominada SN 2023zkd, fue descubierta en julio de 2023 por la Instalación Transitoria Zwicky. Un nuevo algoritmo de inteligencia artificial (IA), diseñado para detectar explosiones inusuales en tiempo real, detectó primero la explosión, y esa alerta temprana permitió a los astrónomos comenzar las observaciones de seguimiento de inmediato, un paso esencial para comprender la historia completa de la explosión. Al finalizar la explosión, ya había sido observada por un amplio conjunto de telescopios, tanto terrestres como espaciales.

Los científicos creen que la interpretación más probable es que la estrella masiva estuviera atrapada en una órbita mortal con el agujero negro. A medida que se perdía energía de la órbita, su separación disminuía hasta que la supernova se desencadenó por la tensión gravitacional de la estrella al absorber parcialmente el agujero negro.

"Nuestro análisis muestra que la explosión se desencadenó por un encuentro catastrófico con un agujero negro compañero, y constituye la evidencia más sólida hasta la fecha de que interacciones tan cercanas pueden detonar una estrella", afirmó en un comunicado Alexander Gagliano, autor principal del estudio e investigador del Instituto de Inteligencia Artificial e Interacciones Fundamentales de la NSF. "Nuestro sistema de aprendizaje automático detectó SN2023zkd meses antes de su comportamiento más inusual, lo que nos dio tiempo suficiente para obtener las observaciones cruciales necesarias para desentrañar esta extraordinaria explosión".

Una interpretación alternativa considerada por el equipo es que el agujero negro destrozó completamente la estrella antes de que pudiera explotar por sí solo. En ese caso, el agujero negro absorbió rápidamente los escombros de la estrella y se generó la emisión de supernova cuando estos impactaron contra el gas circundante. En ambos casos, queda un único agujero negro, más pesado.

Ubicada a unos 730 millones de años luz de la Tierra, SN 2023zkd inicialmente parecía una supernova típica, con un único estallido de luz. Pero a medida que los científicos rastreaban su declive durante varios meses, experimentó algo inesperado: volvió a brillar. Para comprender este comportamiento inusual, analizaron datos de archivo, que revelaron algo aún más inusual: el sistema había estado aumentando lentamente su brillo durante más de cuatro años antes de la explosión. Este tipo de actividad prolongada antes de la explosión rara vez se observa en supernovas.

Un análisis detallado reveló que la luz de la explosión se formó a partir del material que la estrella había desprendido en los años previos a su muerte. El brillo inicial se debió a que la onda expansiva de la supernova impactó contra gas de baja densidad. El segundo pico, más tardío, fue causado por una colisión más lenta pero sostenida con una densa nube discoidal. Esta estructura, y el comportamiento errático de la estrella antes de la explosión, sugieren que la estrella moribunda se encontraba bajo una tensión gravitacional extrema, probablemente causada por una compañera cercana y compacta, como un agujero negro.

"2023zkd muestra algunas de las señales más claras que hemos visto de una estrella masiva interactuando con una compañera en los años previos a su explosión", afirmó V. Ashley Villar, profesor adjunto de astronomía de la Facultad de Artes y Ciencias de Harvard y coautor del estudio. "Creemos que esto podría formar parte de toda una clase de explosiones ocultas que la IA nos ayudará a descubrir".

"Este descubrimiento demuestra la importancia de estudiar cómo las estrellas masivas interactúan con sus compañeras a medida que se acercan al final de sus vidas", afirmó Gagliano. "Sabemos desde hace tiempo que la mayoría de las estrellas masivas forman sistemas binarios, pero capturar una en pleno intercambio de masa poco antes de su explosión es increíblemente raro".