The fraction of periodic SN Ib/c light curves

Cuando una estrella masiva se queda sin combustible, colapsa y explota, enviando un destello de luz brillante a través del universo. Estas explosiones, conocidas como supernovas, están entre los eventos más energéticos de la naturaleza. Durante mucho tiempo, los astrónomos creyeron que la luz de estas explosiones simplemente se desvanecía en una curva suave y predecible, como una vela consumiéndose. Sin embargo, observaciones recientes han revelado que algunas de estas estrellas moribundas no se desvanecen silenciosamente. En cambio, su brillo oscila hacia arriba y hacia abajo en un patrón regular a medida que se atenúan. Este pulso rítmico es un fenómeno raro y desconcertante. Sugiere que la estrella que explotaba no estaba sola; es probable que tuviera una estrella compañera orbitándola. A medida que la explosión ocurría, el nuevo y denso núcleo dejado atrás podría haber estado interactuando con este compañero, creando un juego de tracción y fuerza gravitacional que causó que la luz pulsara. Comprender con qué frecuencia ocurre esto ayuda a los científicos a determinar cuántas estrellas viven en parejas y cómo evolucionan antes de morir.

Un equipo de investigadores del Instituto de Ciencia Weizmann decidió realizar un examen sistemático de este comportamiento. Querían saber si estas explosiones pulsantes eran solo unos pocos accidentes extraños o si representaban un grupo significativo de supernovas. Para averiguarlo, recurrieron al Zwicky Transient Facility, un potente telescopio en California que escanea el cielo cada noche, capturando miles de fuentes de luz cambiantes. El equipo se centró en un tipo específico de supernova llamado Tipo Ib o Ic. Estas son las explosiones de estrellas que ya han perdido sus capas externas de hidrógeno y helio, a menudo porque una estrella compañera las despojó antes de la explosión. Los investigadores recopilaron curvas de luz, que son registros de qué tan brillantes parecen estas estrellas a lo largo del tiempo, para treinta y cuatro candidatos diferentes. Necesitaban datos de alta calidad con suficientes mediciones para detectar un patrón, por lo que seleccionaron solo aquellos eventos donde el telescopio había observado la estrella durante un tiempo suficiente y había tomado suficientes imágenes.

Para encontrar los ritmos ocultos en los datos, el equipo construyó un nuevo método computacional que era más cuidadoso que los intentos anteriores. En lugar de primero suavizar el desvanecimiento general de la estrella y luego buscar ondulaciones en los restos, su método trataba el desvanecimiento y las oscilaciones como un problema único y conectado. Ajustaron una curva matemática al declive general de la luz mientras probaban simultáneamente un patrón de onda repetitivo. Este enfoque evitó que la computadora ocultara accidentalmente una señal real al suavizarla demasiado pronto. Aplicaron esta prueba rigurosa a cada curva de luz en su muestra, buscando cualquier periodo de repetición que destacara claramente del ruido aleatorio. Establecieron un estándar muy alto para lo que contaba como un descubrimiento, requiriendo que el patrón apareciera claramente en dos colores diferentes de luz observados por el telescopio, asegurando que la señal fuera real y no solo un error en los datos.

La búsqueda arrojó tres resultados claros. Dos de ellos fueron estrellas que ya habían sido identificadas por otros astrónomos como poseedoras de este comportamiento pulsante: SN 2022jli y SN 2022esa. El método del equipo recuperó con éxito los patrones conocidos en estas estrellas, confirmando que su nuevo enfoque funcionaba. SN 2022jli mostró un pulso aproximadamente cada doce días, mientras que SN 2022esa pulsaba cada treinta y cuatro días aproximadamente. Pero el hallazgo más emocionante fue una tercera estrella, SN 2020sgf, que no había sido previamente señalada como un candidato periódico. Esta estrella, que explotó en 2020, mostró un patrón claro y repetitivo de unos treinta días en un color de luz y de unos treinta y seis días en otro. Aunque el tiempo exacto difería ligeramente entre los dos colores, la diferencia era lo suficientemente pequeña como para ser consistente con el mismo ritmo subyacente. Este descubrimiento añadió un nuevo miembro al pequeño club de las supernovas pulsantes.

Para entender lo que estos tres descubrimientos significaban para la población más amplia de estrellas que explotan, los investigadores tuvieron que tener en cuenta las limitaciones de su búsqueda. Se dieron cuenta de que su telescopio no podía ver todos los ritmos posibles. Si una estrella pulsaba muy lentamente, o si el pulso era muy tenue, el telescopio podría perderlo por completo, especialmente si la estrella se desvanecía demasiado rápido o estaba oculta por el resplandor del sol durante parte del año. Para medir este punto ciego, realizaron miles de simulaciones computacionales. Tomaron los datos reales de sus treinta y cuatro estrellas y añadieron secretamente señales pulsantes falsas de diferentes intensidades y velocidades. Luego, ejecutaron su método de detección sobre estos datos modificados para ver con qué frecuencia encontraba las señales falsas. Este proceso creó un mapa de su sensibilidad, mostrando exactamente qué tipos de estrellas pulsantes podían captar y cuáles probablemente perderían.

Con este mapa de sensibilidad en mano, el equipo comparó sus hallazgos con modelos teóricos de cómo se comportan las estrellas en sistemas binarios. Estos modelos predicen que un cierto porcentaje de las supernovas de envolvente despojada debería mostrar este comportamiento pulsante debido a las interacciones con un compañero. Los investigadores encontraron que si solo una mínima fracción de estas estrellas estuviera pulsando, habrían sido muy improbables de encontrar tres de ellas en su muestra. El hecho de que encontraron tres sugiere que el número real es mayor. Su análisis indica que los modelos que predicen que alrededor del veinte por ciento de estas supernovas son periódicas son consistentes con sus observaciones. Esto significa que estas explosiones rítmicas no son anomalías excepcionalmente raras. En cambio, es probable que representen un subgrupo sustancial de estrellas moribundas, quizás una de cada cinco, que están interactuando con un compañero en los momentos finales de sus vidas.

El estudio también destacó la importancia de mirar los datos con ojos frescos. Los investigadores señalaron que dos de los periodos que encontraron estaban cerca del ciclo de veintinueve días y medio de la luna. Aunque la luz de la luna puede crear a veces patrones falsos en los datos de los telescopios, el equipo no encontró evidencia de que sus descubrimientos fueran causados por este efecto. Las señales eran fuertes y consistentes a través de diferentes colores de luz, apuntando a una causa física dentro de las propias estrellas. El trabajo demuestra que con las herramientas adecuadas y una muestra lo suficientemente grande, los astrónomos pueden ir más allá del estudio de objetos extraños individuales para comprender la población más amplia. El descubrimiento de SN 2020sgf, junto con la confirmación de los otros, sugiere que el universo está lleno de estas interacciones binarias, esperando ser encontradas por la próxima generación de sondeos celestes.