L’estudi, que es publica avui, 11 de maig, a la portada de la revista Nature, està liderat per la Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg (FAU) i compta amb la participació de l’Institut Max Planck de Física Extraterrestre (MPE), la Universitat de Tübingen i el Leibniz Institute for Astrophysics Potsdam. Per part de la Universitat Politècnica de Catalunya · BarcelonaTech (UPC), hi participa Glòria Sala, investigadora de Grup d'Astronomia i Astrofísica del Departament de Física de la UPC i de l’Institut d’Estudis Espacials de Catalunya (IEEC), i professora de l’Escola d’Enginyeria de Barcelona Est (EEBE) de la Universitat.

Les noves són explosions estel·lars imprevisibles que, aparentment, apareixen com una “nova” estrella al cel. L’origen d’aquest fenomen es troba en l’acumulació de material d’un estel d’una grandària similar al Sol (com ara hidrogen de les capes més externes) sobre un estel company nan blanc, un tipus d’estel altament compacte, que té una massa semblant a la del Sol però concentrada en un cos celeste amb un radi equivalent al de la Terra.

This week in Nature: nova fireball – short bursts of X-rays reveals early stage of an explosion on a white dwarf. Browse the full issue here: https://t.co/78COY06jOl pic.twitter.com/H6YCkN8zl9

— nature (@Nature) May 12, 2022

Les condicions extremes a la superfície del nan blanc provoquen que el material acumulat a la superfície acabi explotant i sigui expulsat a l’espai exterior en una enorme explosió termonuclear. El material s’expandeix ràpidament i, en poques hores, causa un augment de la magnitud visible de l’estrella. En aquest moment, el fenomen es pot observar des de la Terra com una nova estrella al cel.

Tal com explica la investigadora Glòria Sala, les fases inicials de l’explosió d’una nova “ja s’havien previst de manera teòrica: les altes temperatures de l’explosió termonuclear causarien una intensa i breu emissió de raig X. És el que es coneix com a ‘bola de foc’ inicial”. Durant els dies posteriors a l’explosió, l’expansió de la bola de foc provoca una davallada de la temperatura que fa que evolucioni cap a una gran esfera de gas més fred, que emet en llum visible i que causa l’aparició de la nova estrella en el cel.

Però, com especifica Glòria Sala, “aquesta fase de ‘bola de foc’ és molt breu i es dona hores abans de l’aparició de l’estrella al cel. Per tant, detectar els raigs X abans de la descoberta de la font és complicat.”

Escaneig del cel
Habitualment, la detecció d’astres amb emissions de raigs X es fa des de satèl·lits als quals se’ls dona l’ordre d’observar en la direcció de la font descoberta. Hi ha, però, algunes missions que tenen com a objectiu fer un mapeig global del cel: és el cas del telescopi alemany de raigs X eROSITA, desenvolupat a l’Institut Max Planck de Física Extraterrestre (MPE), que viatja a bord de la missió russo-alemanya Spectrum-X-Gamma, llançada des del cosmòdrom de Baikonur (Rússia) el 13 de juliol del 2019. L'objectiu de la missió és fer un mapa global del cel en raigs X i, per fer-ho, escaneja tota l’esfera celeste cada sis mesos.

Durant el segon mapeig del cel, en concret el dia 7 de juliol del 2020, es va detectar una nova font de raig X extremadament brillant que va durar menys de vuit hores. Una setmana més tard, el 15 de juliol, es va descobrir des de la Terra i en llum visible l’explosió de la Nova Reticuli 2020 (YZ Ret), localitzada a una distància de 2,5 kpc de la Terra (2.500 parsecs, unitat astronòmica de longitud que correspon, aproximadament, a 3 anys llum o 30 bilions de quilòmetres). Això va permetre identificar per primer cop que l’intens flash de raigs X detectat per eROSITA corresponia a la bola de foc inicial de l’explosió de la nova.

Entenent l’evolució de la Galàxia
L’estudi de les explosions de nova permet encaixar algunes de les peces de l’evolució química de la Galàxia i de com s’ha arribat a tenir la varietat i distribució d’elements químics presents al Sistema Solar, després del Big Bang, partint d’un univers inicial amb una composició molt més simple. L’observació des de grans telescopis terrestres, juntament amb l’estudi de les emissions en raigs X i gamma des de satèl·lits i la modelització teòrica a través de models numèrics, permeten reconstruir els processos detallats que tenen lloc en aquests fenòmens explosius i la seva contribució a l'evolució de la Galàxia.

Per aquest motiu, la detecció de la ‘bola de foc’ inicial predita pels models és una peça clau per comprovar i ajustar les teories de les explosions estel·lars de nova. Per Glòria Sala, “les característiques de la radiació de raigs X que hem detectat amb eROSITA coincideixen amb el que prediu la teoria per a aquesta fase de l’explosió i confirmen, per tant, que es tracta de la peça del puzzle que estàvem cercant”.

Article de referència

• König, O., Wilms, J., Arcodia, R. et al. X-ray detection of a nova in the fireball phase. Nature 605, 248–250 (2022). https://doi.org/10.1038/s41586-022-04635-y