Quan un estel massiu, de més de 8 vegades la massa del nostre Sol, arriba al final de la seva vida, sabem que mort en una gran explosió coneguda com a supernova. Tot i que la teoria d’aquest final és coneguda des de fa uns 90 anys, els seus mecanismes exactes encara es debaten i són una de les preguntes fonamentals que estan pendents de resposta en astrofísica. Per respondre-hi ens falten dades que podrien dirimir entre els diferents models que s’han proposat. Si bé tenim forces dades sobre l’evolució en el temps d’una supernova, la realitat dels primers instants de l’explosió no s’ha observat mai, o més ben dit, no s’havia observat mai fins ara. I és que fins ara era molt complicat i s’havia de tenir molta sort per enxampar una supernova en el moment de la seva explosió i a més tenir la capacitat d’observar-la en aquell moment precís o al cap de poques hores.

Avui en dia, amb l’ampliació de les capacitats d’observació que han aportat les càmeres gran-camp, els telescopis que vigilen en continu el nostre cel i la capacitat de resposta dels grans observatoris, aquesta fita ha esdevingut possible. Així doncs, el 10 d’abril del 2024, un dels telescopis ATLAS (els mateixos que han descobert el cometa interestel·lar 3I/ATLAS) va alertar de l’aparició d’una supernova, SN 2024ggi, en un braç extern d’una galàxia espiral del nostre entorn NGC 3621 situada a uns 22 milions d’anys llum de nosaltres en la constel·lació de l’Hidra. En aquell moment, Yi Yang, professor assistent de la Universitat de Tsinghua, a Beijing (Xina), acabava d'aterrar a San Francisco després d'un vol de llarga distància. Interessat a poder estudiar els instants inicials de la supernova, sabia que havia d'actuar ràpidament. Dotze hores més tard, havia enviat una proposta d'observació a l’Observatori Europeu Austral (ESO), que, després d'un procés d'aprovació molt ràpid, va apuntar un dels telescopis VLT, situats a Cerro Paranal a Xile, cap a la supernova. Les primeres observacions s’obtenien doncs l'11 d'abril, només 26 hores després de la detecció inicial per ATLAS.

El progenitor d'aquesta supernova va ser una estrella supergegant vermella, amb una massa de 12 a 15 vegades la del Sol i un radi 500 vegades més gran, fet que converteix SN 2024ggi en un exemple típic d'una explosió estel·lar massiva. Durant la seva vida una estrella típica manté la seva forma esfèrica com a resultat d'un equilibri molt precís de la força gravitacional del mateix gas que vol comprimir-la i la pressió hidroestàtica i radiativa del motor nuclear que es troba en el seu nucli i que vol expandir-la. Quan es queda sense la seva última font de combustible, la fusió nuclear s’apaga i la pressió que mantenia l’equilibri de l’estel desapareix. Per a les estrelles massives, això marca el començament de la seva explosió final quan el nucli de l'estel moribund col·lapsa sobre ell mateix formant un estel de neutrons i les massives capes de plasma al voltant cauen sobre ell i reboten. En rebotar, una ona de xoc cataclísmica es propaga cap a l’exterior, pertorbant l'estabilitat de l'estrella. Quan l’ona de xoc travessa la superfície, allibera enormes quantitats d'energia, la supernova s'il·lumina de manera impressionant i es torna observable. Durant una fase de curta durada, la forma inicial de la supernova es pot estudiar abans que l'explosió interactuï amb el material que envolta l'estrella moribunda. I aquesta fase inicial és molt important per poder entendre la física al darrere d’una supernova.

En particular la geometria de l’ona de xoc i la manera com s’expandeix és capaç de donar informacions fonamentals sobre l'evolució estel·lar i els processos físics que condueixen a aquests focs artificials còsmics. D’aquí l’interès de Yang i el seu equip de poder utilitzar un instrument concret del VLT, el FORS2, que és capaç d’observar la geometria d’un objecte dinàmic mitjançant una tècnica coneguda com a espectropolarimetria que descompon la llum i n’estudia la seva polarització. Tot i que la supernova apareix com un sol punt, la polarització de la llum dona pistes sobre la seva geometria que d’altra manera serien ocultes. Si l’explosió de la supernova és esfèrica, la polarització dels fotons individuals es cancel·la, de manera que la polarització neta és zero. Però en aquest cas, FORS2 va mesurar una polarització neta diferent de zero que va anar variant segons progressava l’explosió, i s’han pogut utilitzar aquestes mesures per inferir la forma que va agafant la supernova en els seus instants més inicials.

Així doncs, l’equip d’astrònoms va observar que l’explosió inicial de material tenia la forma d’una oliva. A mesura que l'explosió es va estendre cap a fora i va xocar amb la matèria present al voltant de l'estrella, la forma es va aplanar, però l'eix de simetria de l'ejecció va romandre igual. Aquestes troballes suggereixen un mecanisme físic comú que impulsa l'explosió de les estrelles massives, manifestant una simetria axial ben definida i que actua a grans escales en l’interior de l’estrella. Amb aquestes dades, ja es poden descartar alguns dels models actuals de supernoves i afegir nova informació per millorar-ne d'altres, tot i que queda encara molta feina per fer.

Aquestes observacions inèdites fins ara no només ajuden a remodelar la nostra comprensió de les explosions estel·lars, sinó que també demostren el que es pot aconseguir quan diverses institucions decideixen col·laborar de manera decidida, més enllà de les fronteres i afiliacions, i actuant ràpidament per poder desbloquejar coneixements profunds sobre la física que dona forma al nostre Univers. En el futur, s’estima que observatoris com el Vera Rubin Telescope descobriran unes 4.000 supernoves cada any, el que permetrà observar moltes més explosions en el seu estadi inicial com ha sigut ara el cas amb SN 2024ggi. D’aquesta manera podrem afinar encara més els models d’evolució estel·lar i entendre, en tota la seva complexitat, com explota una supernova.