En el mundo de la astrofísica, donde las fronteras de nuestra comprensión del universo se expanden constantemente, un equipo internacional de científicos, liderado por astrofísicos de la Universidad Northwestern, ha registrado recientemente un tipo de explosión estelar nunca antes visto, conocido como supernova. Este extraordinario descubrimiento, denominado SN2021yfj, nos brinda una visión única de los mecanismos internos de una estrella moribunda, revelando capas de elementos pesados como silicio, azufre y argón, lo que contradice las observaciones habituales.

Un descubrimiento increíble: una supernova despojada hasta su núcleo

Cuando las estrellas masivas experimentan su espectacular explosión, los astrofísicos suelen esperar fuertes señales de elementos más ligeros, principalmente hidrógeno y helio. Sin embargo, la supernova SN2021yfj mostró una firma química sorprendentemente diferente. Su luz era rica en silicio, azufre y argón, elementos que normalmente se encuentran en las profundidades del núcleo estelar. Este descubrimiento ha causado una gran emoción en la comunidad científica, ya que proporciona una prueba directa de la estructura en capas de los gigantes estelares, largamente teorizada, y ofrece una mirada sin precedentes al interior profundo de una estrella masiva, solo momentos antes de su muerte explosiva.

Las observaciones de SN2021yfj sugieren firmemente que la estrella masiva, de alguna manera inusual, perdió sus capas externas de hidrógeno, helio y carbono antes de explotar. Esto resultó en la exposición de las capas internas ricas en silicio y azufre. El estudio que describe este revolucionario descubrimiento fue publicado el 20 de agosto de 2025 en la prestigiosa revista Nature.

«Esta es la primera vez que hemos visto una estrella que ha sido literalmente despojada hasta los huesos», declaró Steve Schulze de la Universidad Northwestern, quien dirigió el estudio. «Esto nos muestra cómo están estructuradas las estrellas y demuestra que las estrellas pueden perder una enorme cantidad de material antes de explotar. No solo pueden perder sus capas más externas, sino que pueden ser completamente despojadas hasta el núcleo y aun así producir una explosión brillante que podemos observar desde distancias muy, muy grandes.»

«Este evento literalmente no se parece a nada que nadie haya visto antes», añadió Adam Miller, también de la Universidad Northwestern y uno de los autores principales del estudio. «Fue casi tan extraño que pensamos que quizás no estábamos observando el objeto correcto. Esta estrella nos dice que nuestras ideas y teorías sobre cómo evolucionan las estrellas son demasiado estrechas. No es que nuestros libros de texto estén equivocados, pero obviamente no abarcan completamente todo lo que se produce en la naturaleza. Debe haber caminos más exóticos para que una estrella masiva termine su vida que no hemos considerado.»

Schulze, un experto en los objetos transitorios más extremos de la astronomía, es investigador asociado en el Centro de Exploración e Investigación Interdisciplinaria en Astrofísica (CIERA) en Northwestern. Miller es profesor asistente de física y astronomía en el Weinberg College of Arts and Sciences en Northwestern y un miembro destacado de CIERA y del Instituto de IA para el Cielo NSF-Simons.

La estructura en capas de las estrellas masivas: una 'cebolla' cósmica

Las estrellas masivas, cuya masa puede ser de 10 a 100 veces mayor que la de nuestro Sol, son impulsadas por la fusión nuclear. En este proceso, la intensa presión y el calor extremo en el núcleo estelar hacen que los elementos más ligeros se fusionen, creando elementos más pesados. Los científicos han teorizado durante mucho tiempo que las estrellas masivas tienen una estructura en capas, similar a una cebolla. Las capas más externas consisten predominantemente en los elementos más ligeros, como el hidrógeno y el helio. A medida que las capas se mueven hacia el interior, los elementos se vuelven cada vez más pesados, hasta que se alcanza el núcleo de hierro más profundo.

Cuando la temperatura y la densidad en el núcleo aumentan, la fusión también comienza en las capas exteriores. A medida que la estrella evoluciona con el tiempo, elementos sucesivamente más pesados se fusionan en el núcleo, mientras que los elementos más ligeros se fusionan en una serie de capas que rodean el núcleo. Este proceso continúa, lo que finalmente conduce a un núcleo compuesto de hierro. El hierro es el producto final de la fusión en las estrellas porque su fusión no libera energía, sino que la consume. Cuando el núcleo de hierro se vuelve demasiado grande e inestable, colapsa bajo su propia gravedad, lo que desencadena una explosión masiva conocida como supernova de tipo II, o conduce a la formación de un agujero negro o una estrella de neutrones.

Aunque las estrellas masivas suelen desprenderse de capas antes de explotar, SN2021yfj expulsó mucho más material del que los científicos han detectado nunca. Otras observaciones de "estrellas despojadas" han revelado capas de helio o de carbono y oxígeno, expuestas tras la pérdida de la envoltura exterior de hidrógeno. Pero los astrofísicos nunca habían mirado más adentro, lo que sugería que algo excepcionalmente violento y extraordinario debía haber estado en juego.

La búsqueda de una anomalía cósmica: cómo SN2021yfj salió a la luz

El descubrimiento de SN2021yfj comenzó en septiembre de 2021, cuando Schulze y su equipo utilizaron el Zwicky Transient Facility (ZTF), un telescopio situado al este de San Diego. El ZTF utiliza una cámara de campo amplio para escanear todo el cielo nocturno visible. Desde su lanzamiento, el ZTF se ha convertido en el principal motor mundial para el descubrimiento de fenómenos transitorios astronómicos, como las supernovas, que brillan repentinamente y luego se desvanecen rápidamente.

Al buscar en los datos del ZTF, Schulze notó un objeto extremadamente brillante en una región de formación estelar, a 2.200 millones de años luz de la Tierra. Para obtener más información sobre el misterioso objeto, el equipo quiso obtener su espectro, que descompone la luz dispersa en sus colores constituyentes. Cada color representa un elemento diferente. Por lo tanto, al analizar el espectro de la supernova, los científicos pueden determinar qué elementos están presentes en la explosión.

Aunque Schulze entró en acción de inmediato, la búsqueda del espectro se encontró con numerosos obstáculos. Los telescopios de todo el mundo no estaban disponibles o no podían penetrar las nubes para obtener una imagen clara. Afortunadamente, el equipo recibió una sorpresa de un colega astrónomo, que había recogido un espectro utilizando instrumentos en el Observatorio W.M. Keck en Hawái.

«Pensamos que habíamos perdido por completo la oportunidad de obtener estas observaciones», dijo Miller. «Así que nos fuimos a la cama muy decepcionados. Pero a la mañana siguiente, un colega de UC Berkeley nos entregó inesperadamente el espectro. Sin ese espectro, quizás nunca nos hubiéramos dado cuenta de que se trataba de una explosión extraña e inusual.»

«Vimos una explosión interesante, pero no teníamos ni idea de qué era», dijo Schulze sobre SN2021yfj. «Casi de inmediato nos dimos cuenta de que era algo que nunca habíamos visto antes, así que tuvimos que estudiarlo con todos los recursos disponibles.»

El misterio de la estrella despojada: ¿qué causó el desprendimiento extremo?

En lugar de elementos típicos como helio, carbono, nitrógeno y oxígeno, que se encuentran en otras supernovas despojadas, el espectro de SN2021yfj estaba dominado por fuertes señales de silicio, azufre y argón. Estos elementos más pesados se forman por fusión nuclear en las profundidades de una estrella masiva durante sus últimas etapas de vida. Esto significa que la estrella debe haber perdido casi todas sus capas externas, revelando su interior justo antes de la explosión.

«Esta estrella perdió la mayor parte del material que produjo durante su vida», explicó Schulze. «Así que solo pudimos ver el material formado durante los meses inmediatamente anteriores a su explosión. Algo muy violento tuvo que ocurrir para causar esto.»

Aunque la causa precisa de este fenómeno sigue siendo una pregunta abierta, Schulze y Miller proponen que un proceso raro y poderoso estuvo en juego. Están investigando múltiples escenarios, incluyendo interacciones con una posible estrella compañera, una erupción masiva antes de la supernova, o incluso vientos estelares inusualmente fuertes. Cada uno de estos mecanismos podría explicar la pérdida de las capas externas, pero la escala del desprendimiento de SN2021yfj apunta a algo más extremo.

Uno de los escenarios más probables, según el equipo, es que esta misteriosa supernova sea el resultado de una estrella masiva que literalmente se desgarra a sí misma. A medida que el núcleo de la estrella se contrae bajo su propia gravedad, se vuelve aún más caliente y denso. El calor y la densidad extremos reinician entonces la fusión nuclear con una intensidad tan increíble que causa un poderoso estallido de energía que expulsa las capas externas de la estrella. Este proceso, conocido como inestabilidad de pares, puede llevar a erupciones pulsantes que expulsan enormes cantidades de material. Cada vez que la estrella pasa por un nuevo episodio de inestabilidad de pares, el pulso correspondiente expulsa más material.

«Una de las eyecciones de capa más recientes colisionó con una capa preexistente, lo que produjo la brillante emisión que vimos como SN2021yfj», dijo Schulze, explicando cómo esta colisión creó el destello excepcionalmente brillante que fue visible desde la Tierra.

«Aunque tenemos una teoría sobre cómo la naturaleza creó esta explosión específica», dijo Miller, «no apostaría mi vida a que es correcta, porque todavía tenemos solo un ejemplo descubierto. Esta estrella realmente resalta la necesidad de descubrir más de estas raras supernovas para comprender mejor su naturaleza y cómo se forman.»

Implicaciones para la astrofísica: una nueva mirada al corazón de los gigantes moribundos

El descubrimiento de SN2021yfj representa un importante paso adelante en la astrofísica. Proporciona una prueba empírica directa para los modelos teóricos de la evolución estelar que predicen la estructura en capas de las estrellas masivas. Hasta ahora, dichos modelos se basaban en observaciones indirectas y simulaciones por ordenador. Ahora, con SN2021yfj, los científicos tienen la oportunidad de observar directamente las capas internas profundas de una estrella justo antes de su muerte, lo cual es inestimable para calibrar y perfeccionar las teorías existentes.

Esta supernova también abre nuevas preguntas sobre los mecanismos de pérdida de masa en las estrellas masivas. Si las estrellas pueden perder tanto material, incluso hasta el punto de quedar despojadas hasta el núcleo de silicio, esto podría tener implicaciones significativas para nuestra comprensión de la formación de agujeros negros, estrellas de neutrones y el enriquecimiento del universo con elementos pesados. La pérdida de masa extrema antes de una explosión puede afectar la masa final y el tipo del remanente estelar.

La investigación futura se centrará en la búsqueda de objetos similares para confirmar la singularidad de SN2021yfj o descubrir que se trata de una nueva clase de supernovas. El desarrollo de telescopios y técnicas de observación más avanzados, así como de modelos informáticos más sofisticados, será clave para desentrañar estos misterios cósmicos. Cada nueva supernova descubierta, como SN2021yfj, nos acerca más a la comprensión de los eventos más espectaculares del universo y de la propia evolución de las estrellas que son los componentes básicos de nuestro hogar cósmico.

El estudio fue apoyado por la Fundación Nacional de Ciencias (National Science Foundation), y el apoyo de CIERA permitió el acceso a los datos del telescopio ZTF.

Fuente: Northwestern University