El observatorio de rayos X e-ROSITA detecta por primera vez la 'bola de fuego' de una explosión estelar
Cuando estrellas como el Sol consumen todo su combustible, se encogen para formar enanas blancas. A veces, estas estrellas muertas vuelven a la vida en una explosión termonuclear y producen una bola de fuego que emite una intensa radiación de rayos X. Ahora, un equipo de investigación liderado por la Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg (FAU) y del que forma parte Glòria Sala, investigadora del Grupo de Astronomía y Astrofísica de la UPC y del Instituto de Estudios Espaciales de Cataluña (IEEC), ha podido observar, por primera vez, esta explosión de luz de rayos X. El estudio es protagonista de la portada de la revista Nature.
11/05/2022
El estudio, que se publica hoy, 11 de mayo, en la portada de la revista Nature, está liderado por la Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg (FAU) y cuenta con la participación del Instituto Max Planck de Física Extraterrestre (MPE), la Universidad de Tübingen y el Leibniz Institute for Astrophysics Potsdam. Por parte de la UPC, participa Glòria Sala, investigadora de Grupo de Astronomía y Astrofísica de la Universitat Politècnica de Catalunya · BarcelonaTech (UPC) y del Instituto de Estudios Espaciales de Cataluña (IEEC), y profesora de la Escuela de Ingeniería de Barcelona Este (EEBE) de la Universidad.
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
Las novas son explosiones estelares imprevisibles que aparentemente aparecen como una “nueva” estrella en el cielo. El origen de este fenómeno se encuentra en la acumulación de material de una estrella de un tamaño similar al Sol (como hidrógeno de las capas más externas) sobre una estrella compañera enana blanca, un tipo de estrella altamente compacta, que tiene una masa similar a la del Sol pero concentrada en un cuerpo celeste con un radio equivalente al de la Tierra.
Las condiciones extremas en la superficie de la enana blanca provocan que el material acumulado en la superficie acabe explotando y sea expulsado al espacio exterior en una enorme explosión termonuclear. El material se expande rápidamente y, en pocas horas, causa un aumento de la magnitud visible de la estrella. En ese momento, el fenómeno se puede observar desde la Tierra como una nueva estrella en el cielo.
Tal y como explica la investigadora Glòria Sala, las fases iniciales de la explosión de una nova “ya se habían previsto de forma teórica: las altas temperaturas de la explosión termonuclear causarían una intensa y breve emisión de rayos X. Es lo que se conoce como 'bola de fuego' inicial”. Durante los días posteriores a la explosión, la expansión de la bola de fuego provoca un disminución de la temperatura que hace que evolucione hacia una gran esfera de gas más frío, que emite en luz visible y que causa la aparición de la nueva estrella en el cielo.
Pero, como especifica Glòria Sala, “esta fase de 'bola de fuego' es muy breve y se da horas antes de la aparición de la estrella en el cielo. Por tanto, detectar los rayos X antes del descubrimiento de la fuente es complicado”.
Escaneo del cielo
Habitualmente, la detección de astros con emisiones de rayos X se realiza desde satélites a los que se les da la orden de observar en la dirección de la fuente descubierta. Sin embargo, hay algunas misiones que tienen como objetivo realizar un mapeo global del cielo: es el caso del telescopio alemán de rayos X eROSITA, desarrollado en el Instituto Max Planck de Física Extraterrestre (MPE), que viaja a bordo de la misión ruso-alemana Spectrum-X-Gamma, lanzada desde el cosmódromo de Baikonur (Rusia) el 13 de julio de 2019. El objetivo de la misión es hacer un mapa global del cielo en rayos X y, para ello, escanea toda la esfera celeste cada seis meses.
Durante el segundo mapeo del cielo, en concreto el 7 de julio de 2020, se detectó una nueva fuente de rayos X extremadamente brillante que duró menos de ocho horas. Una semana más tarde, el 15 de julio, se descubrió desde la Tierra y en luz visible la explosión de la Nova Reticuli 2020 (YZ Ret), localizada a una distancia de 2,5 kpc de la Tierra (2.500 parsecs, unidad astronómica de longitud que corresponde, aproximadamente, a tres años luz o 30 billones de kilómetros). Esto permitió identificar por primera vez que el intenso flash de rayos X detectado por eROSITA correspondía a la bola de fuego inicial de la explosión de la nova.
Entendiendo la evolución de la Galaxia
El estudio de las explosiones de nova permite encajar algunas de las piezas de la evolución química de la Galaxia y de cómo se ha llegado a tener la variedad y distribución de elementos químicos presentes en el Sistema Solar, después del Big Bang, partiendo de un universo inicial con una composición mucho más simple. La observación desde grandes telescopios terrestres, junto con el estudio de las emisiones en rayos X y gamma desde satélites y la modelización teórica a través de modelos numéricos, permiten reconstruir los procesos detallados que ocurren en estos fenómenos explosivos y su contribución a la evolución de la Galaxia.
Por este motivo, la detección de la 'bola de fuego' inicial predicha por los modelos es una pieza clave para comprobar y ajustar las teorías de las explosiones estelares de nova. Para Glòria Sala, “las características de la radiación de rayos X que hemos detectado con eROSITA coinciden con lo que predice la teoría para esta fase de la explosión y confirman, por tanto, que se trata de la pieza del puzzle que estábamos buscando”.
