El Observatorio de rayos X eROSITA detecta por primera vez la ‘bola de fuego’ de una explosión de nova

Por primera vez, un equipo de investigación, liderado por la Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg (FAU), ha podido observar este tipo de explosión mediante el Observatorio de rayos X eROSITA.

La investigadora del Grupo de Astronomía y Astrofísica de la Universidad Politécnica de Cataluña · BarcelonaTech (UPC) y miembro del IEEC Glòria Sala participa en el estudio que se publica hoy en la revista Nature.

Cuando estrellas tipo Sol consumen todo su combustible, se encogen para formar enanos blancos. A veces, estas estrellas muertas vuelven a la vida en una explosión muy caliente y producen una 'bola de fuego''de radiación de rayos X. Ahora, un equipo de investigación dirigido por la Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg (FAU) ha podido observar, por vez primera, este tipo de explosión de luz en rayos X con el Observatorio de rayos X eROSITA.

El estudio, que se publica hoy, 11 de mayo, en la prestigiosa revista Nature, cuenta con la participación del Instituto Max Planck de Física Extraterrestre (MPE), la Universidad de Tübingen y el Leibniz Institute for Astrophysics Potsdam. Glòria Sala, investigadora del Institut d’Estudis Espacials de Catalunya (IEEC) en el Grupo de Astronomía y Astrofísica de la Universitat Politècnica de Catalunya · BarcelonaTech (UPC) y profesora de la Escuela de Ingeniería de Barcelona Este (EEBE) de la misma universidad, participa en la investigación.

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 de tipo enana blanca, una 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 del IEEC en la UPC Glòria Sala, «las fases iniciales de la explosión de una nueva 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 una bajada de la temperatura que hace que evolucione hacia una gran esfera de gas más frío, que emite en luz visible y causa la aparición de la nueva estrella en el cielo.

Pero, como especifica la Dra. 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».

Mapeo del cielo

Normalmente, 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. Hay algunas misiones que tienen como objetivo realizar un mapeo global del cielo: este es el caso del telescopio alemán de rayos X eROSITA, desarrollado en el MPE, que viaja a bordo de la misión ruso-alemana Spectrum-Roetgen-Gamma, lanzada el 13 de julio del 2019. Su objetivo es realizar un mapa global del cielo en rayos X y, para ello, escanea toda la esfera celeste cada seis meses.
 
Durante su segundo mapeo del cielo, en concreto el día 7 de Julio de 2020, se detectó una nueva fuente de rayo 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 3 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 nueva.

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 Vía Láctea 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 rayos gamma desde satélites, así como la modelización teórica mediante modelos numéricos, permiten reconstruir los procesos detallados que ocurren en estos fenómenos explosivos y su contribución a nuestra Galaxia.

Por este motivo, la detección de la ‘bola de fuego’ inicial predicha por los modelos teóricos es una pieza clave para comprobar y ajustar las teorías de las explosiones estelares de las novas. Para la Dra. 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 rompecabezas que estábamos buscando».

Nota de prensa elaborada con la colaboración de la Oficina de Comunicación de la Universitat Politècnica de Catalunya · BarcelonaTech (UPC), junto con las oficinas de comunicación de las instituciones participantes en el estudio.

Imagen Principal

Nova Reticuli 2020 (YZ Ret)
Recreación artística de la ‘bola de fuego’ que da lugar a la Nova YZ Reticuli/ Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg.

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Más información

Esta investigación se presenta en un artículo titulado «X-ray detection of a nova in the fireball phase», de König, O. et al., que se publica en la revista Nature el día 11 de mayo del 2022 (DOI: 10.1038/s41586-022-04635-y).

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