Descobert un nou tipus d’objecte estel·lar ocult a plena vista

Ocult a simple vista, ja que es tenia registre de la seva existència des de 1988, aquest nou objecte planteja nous escenaris a la física de les estrelles de neutrons i els nans blancs

Investigadors de l’IEEC a l’Institut de Ciències de l’Espai (ICE-CSIC) han participat en la descoberta

Un equip internacional on participen  investigadors de l’Institut d’Estudis Espacials de Catalunya (IEEC) a l'Institut de Ciències de l'Espai (ICE-CSIC), liderat per la Universitat de Curtin i el Centre Internacional per a la Recerca de Radioastronomia (ICRAR), ha descobert un nou tipus d'objecte estel·lar que desafia la nostra comprensió de la física de les estrelles de neutrons. La troballa es publica avui a la revista Nature.

L'objecte podria ser un magnetar de període ultrallarg, un tipus poc comú d'estrella de neutrons amb camps magnètics extremadament forts que poden produir esclats d'energia potents, però també podria ser un nan blanc magnètic, una etapa avançada en la vida d'una estrella similar al Sol. Cap dels escenaris actuals per a aquests objectes no pot explicar amb certesa totes les característiques d'aquesta nova font. Fins fa poc s'observava que els magnetars giraven en períodes d'uns quants segons. L'objecte descobert emet ones de ràdio cada 21 minuts i, si s'interpreta com a púlsar, seria el radiomagnetar de període més llarg mai detectat.

La font, anomenada GPM J1839−10, es va descobrir fent ús del Murchison Widefield Array (MWA), un radiotelescopi ubicat al territori aborigen Wajarri Yamaji, a l'interior d'Austràlia Occidental. Es troba a 15.000 anys llum de la Terra a la constel·lació Scutum i és el segon objecte de ràdio de periodicitat llarga detectat i vist per primera vegada en totes les longituds d'ona el 2022 per investigadors de l'ICE-CSIC.

No obstant això, el primer emissor de ràdio de període llarg descobert va ser transitori i només va brillar al cel durant uns mesos. En canvi, aquesta nova font de 21 minuts es pot localitzar en arxius d'observacions que daten del 1988. Nanda Rea i Francesco Coti Zelati, investigadors de l’IEEC a l’ICE-CSIC, van dirigir les observacions de seguiment d'aquest nou objecte utilitzant el Gran Telescopi CANÀRIES (GTC), el telescopi òptic més gran del món ubicat a La Palma (Illes Canàries, Espanya), juntament amb el telescopi de raigs X XMM-Newton de l'ESA, i van coordinar la interpretació física dels resultats. «Descobrir dos sistemes d’aquest tipus en tan poc temps ens diu que són molt comuns a l’univers», afirma Nanda Rea, segona autora de l'estudi.

«Aquest objecte excepcional podria desafiar la nostra comprensió de les estrelles de neutrons i els magnetars, que són alguns dels objectes més exòtics i extrems de l'univers», comenta l'autora principal de l'estudi, la Dra. Natasha Hurley-Walker.

Observacions que daten del 1988

Al principi, l'equip no podia explicar què havia trobat. El gener del 2022, van publicar un article a Nature que descriu un enigmàtic objecte transitori que apareixia i desapareixia de manera intermitent, emetent forts raigs d'energia tres vegades per hora.

Entre juliol i setembre del 2022, l'equip va escanejar el cel emprant el telescopi MWA. Aviat van trobar el que buscaven al senyal GPM J1839−10, que emet ràfegues d'energia que duren fins a cinc minuts, cinc vegades més llargues que les del primer objecte.

Altres telescopis van servir per confirmar el descobriment i aprendre més sobre les característiques úniques de l'objecte. Entre ells, tres radiotelescopis CSIRO a Austràlia, el radiotelescopi MeerKAT a Sud-àfrica, el telescopi espacial XMM-Newton i el Gran Telescopi Canàries.

Amb les característiques i les coordenades celestes de GPM J 1839-10, l'equip també va començar a buscar als arxius observacionals dels principals radiotelescopis del món. Van trobar resultats als arxius del Giant Metrewave Radio Telescope (GMRT) a l'Índia, i el Very Large Array (VLA) als EUA, que tenien registres d'observacions que daten del 1988.

«Allò va ser increïble, els nostres telescopis van registrar per primera vegada polsos d'aquest objecte, però ningú se'n va adonar i van estar ocults a les dades durant 33 anys». «Ho van passar per alt perquè no esperaven trobar una cosa així», va afegir la Dra. Hurley-Walker.

«Els púlsars de període llarg s'han passat per alt als sondejos de ràdio realitzats fins ara. Aquests sondejos estan dissenyats per escanejar una àrea àmplia del cel, però només observen una regió en particular durant un curt període de temps, generalment només uns minuts. Aquest enfocament és molt efectiu per detectar púlsars amb períodes de gir que van des de mil·lisegons a segons. Tot i això, lamentablement es queda curt a l'hora de capturar un nombre suficient de polsos consecutius de púlsars de període llarg», afirma el Dr. Coti Zelati.

El magnetar va ser descobert pel radiotelescopi Murchison Widefield Array (MWA), al qual es van unir altres instal·lacions de tot el món per confirmar el descobriment i estudiar l'objecte. MeerKAT – Crèdit: South African Radio Astronomy Observatory (SARAO), Gran Telescopi Canàries – Crèdit: Daniel López/IAC, Murchison Widefield Array – Crèdit: Marianne Annereau, Giant Metrewave Radio Telescope – Crèdit: NCRA, Australian SKA Pathfinder – Crèdit: CSIRO/Dragonfly Media, Australia Telescope Compact Array – Crèdit: CSIRO, Parkes Radio Telescope, Murriyang – Crèdit: CSIRO, Very Large Array – Crèdit: AUI/NRAO, XMM-Newton – Crèdit: Agència Espacial Europea.

Un objecte estel·lar sota la 'línia de la mort'

No tots els púlsars produeixen ones de ràdio. Es creu que alguns es troben per sota de l'anomenada 'línia de la mort', un llindar crític on el camp magnètic d'una estrella es torna massa feble per accelerar les partícules responsables de les ones de ràdio. «Hem estudiat detalladament l'emissió d'un possible púlsar o magnetar que gira tan lentament -utilitzant simulacions per ordinador detallades- i l'emissió brillant d'aquests sistemes, juntament amb les rotacions lentes, desafia l'escenari actual per a l'emissió de ràdio del púlsar, que es troba sota les anomenades ‘línies de la mort’», diu la professora Rea.

El descobriment té implicacions importants per a la nostra comprensió de la física de les estrelles de neutrons i els nans blancs, així com el comportament dels camps magnètics en entorns extrems. També planteja noves preguntes sobre la formació i evolució dels magnetars i possiblement podria donar llum sobre l'origen de fenòmens misteriosos com les ràfegues ràpides de ràdio.

El grup de recerca de la professora Rea a l'ICE-CSIC, en particular els investigadors predoctorals Celsa Pardo i Michele Ronchi, i la Dra. Vanessa Graber, han realitzat més simulacions per predir quants d'aquests objectes esperem veure en funció de la seva encara desconeguda naturalesa. Aquest estudi complementari utilitzant simulacions ha estat enviat recentment a la revista Astrophysical Journal Letter.

Els equips de la Universitat de Curtin i de l'ICE-CSIC esperen descobrir més esclats diaris de ràdio en el futur, cosa que podria ajudar a comprendre finalment la naturalesa d'aquests objectes fascinants i enigmàtics.

Nota de premsa preparada en col·laboració amb l’Institut de Ciències de l’Espai (ICE-CSIC).

Imatge Principal

Peu d’imatge: Impressió artística del magnetar de període ultrallarg.
Crèdit: ICRAR

Enllaços

– IEEC
– Institut de Ciències de l'Espai
– Universitat de Curtin
– Centre Internacional per a la Recerca de Radioastronomia

Més informació

Aquesta recerca es presenta en un article titulat «A long-period radio transient active for three decades», de N. Hurley-Walker, N. Rea et al., que apareixerà a la revista Nature el 19 de juliol de 2023. DOI:10.1038/s41586-023-06202-5.

L’Institut d’Estudis Espacials de Catalunya (IEEC) promou i coordina la recerca i el desenvolupament tecnològic espacial a Catalunya en benefici de la societat. L’IEEC fomenta les col·laboracions tant a nivell local com mundial, i és un eficient agent de transferència de coneixement, innovació i tecnologia.  Com a resultat de més de 25 anys de recerca d’alta qualitat, duta a terme en col·laboració amb les principals organitzacions internacionals, l’IEEC es troba entre els millors centres d’investigació internacionals centrats en àrees com: l’astrofísica, la cosmologia, les ciències planetàries i l’observació de la Terra. La divisió d’enginyeria de l’IEEC desenvolupa instrumentació per a projectes terrestres i espacials, i té una àmplia experiència treballant amb organitzacions privades i públiques del sector aeroespacial així com altres sectors d’innovació.

L’IEEC és una fundació del sector públic sense ànim de lucre, fundada el febrer de 1996. Està regit per un Patronat compost per la Generalitat de Catalunya, la Universitat de Barcelona (UB), la Universitat Autònoma de Barcelona (UAB), la Universitat Politècnica de Catalunya · BarcelonaTech (UPC), i el Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC). L’IEEC és també un centre CERCA (Centres de Recerca de Catalunya).

Contactes

Oficina de Comunicació de l'IEEC
Barcelona, Espanya
Correu electrònic: comunicacio@ieec.cat

Autors Principals a l’IEEC
Barcelona, Espanya

Nanda Rea
Institut d’Estudis Espacials de Catalunya (IEEC)
Institut de Ciències de l’Espai (ICE-CSIC)
Correu electrònic: rea@ieec.cat

Francesco Coti Zelati
Institut d’Estudis Espacials de Catalunya (IEEC)
Institut de Ciències de l’Espai (ICE-CSIC)
Correu electrònic: cotizelati@ieec.cat