L’Observatori de raigs X eROSITA detecta per primer cop la ‘bola de foc’ d’una explosió de nova

La investigadora del Grup d'Astronomia i Astrofísica de la Universitat Politècnica de Catalunya · BarcelonaTech (UPC) i membre de l’IEEC Glòria Sala participa en l’estudi que es publica avui a la revista Nature.

Quan estrelles tipus Sol consumeixen tot el seu combustible, s’encongeixen per formar nans blancs. De vegades, aquestes estrelles mortes tornen a la vida en una explosió molt calenta i produeixen una ‘bola de foc’ de radiació de raigs X. Ara, un equip d'investigació dirigit per la Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg (FAU) ha pogut observar, per primera vegada, aquest tipus d’explosió de llum en raigs X amb l’Observatori de raigs X eROSITA.

L’estudi, que es publica avui, 11 de maig, a la prestigiosa revista Nature, compta amb la participació de l’Institut Max Planck de Física Extraterrestre (MPE), la Universitat de Tübingen i el Leibniz Institute for Astrophysics Potsdam. Glòria Sala, investigadora de l’Institut d’Estudis Espacials de Catalunya (IEEC) al Grup d'Astronomia i Astrofísica de la Universitat Politècnica de Catalunya · BarcelonaTech (UPC) i professora de l’Escola d’Enginyeria de Barcelona Est (EEBE) de la mateixa universitat, participa en la investigació.

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 una estrella companya de tipus nan blanc, un estel altament compacte, que té una massa semblant a la del Sol però concentrada en un cos celest amb un radi equivalent al de la Terra.
 
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 de l’IEEC a la UPC 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 raigs 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 la Dra. 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 

Normalment, la detecció d’astres amb emissions de raigs X es fa des de satèl·lits als quals se’ls dóna 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: aquest és el cas del telescopi alemany de raigs X eROSITA, desenvolupat al MPE, que viatja a bord de la missió russo-alemanya Spectrum-Roetgen-Gamma, llançada el 13 de juliol del 2019. El seu objectiu és fer un mapa global del cel en raigs X i, per fer-ho, escaneja tota l’esfera celeste cada sis mesos.
 
Durant el seu 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 flaix 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 Via Làctia 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 raigs gamma des de satèl·lits, així com la modelització teòrica mitjançant models numèrics, permeten reconstruir els processos detallats que tenen lloc en aquests fenòmens explosius i la seva contribució a la nostra galàxia.
 
Per aquest motiu, la detecció de la ‘bola de foc’ inicial predita pels models teòrics és una peça clau per comprovar i ajustar les teories de les explosions estel·lars de nova. Per la Dra. Sala, «les característiques de la radiació de raigs X que hem detectat amb eROSITA coincideixen amb el que prediu la teoria per aquesta fase de l’explosió i confirmen, per tant, que es tracta de la peça del trencaclosques que estàvem cercant».

Nota de premsa elaborada amb la col·laboració de l’Oficina de Comunicació de la Universitat Politècnica de Catalunya · BarcelonaTech (UPC), juntament amb les oficines de comunicació de les institucions participants en l’estudi.

Imatge Principal

Nova Reticuli 2020 (YZ Ret)
Recreació artística de la ‘bola de foc’ que dona lloc a la Nova YZ Reticuli / Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg.

Enllaços

– IEEC
– UPC
– Observatori de raigs X eROSITA
 
Més informació

Aquesta recerca es presenta en un article titulat «X-ray detection of a nova in the fireball phase», de König, O. et al., que es publica a la revista Nature el dia 11 de maig del 2022 (DOI: 10.1038/s41586-022-04635-y).

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 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 privada sense ànim de lucre regida per un Patronat compost per la Generalitat de Catalunya i unes altres quatre institucions amb una unitat científica cadascuna, que en conjunt constitueixen el nucli de l’activitat d’I+D de l’IEEC: la Universitat de Barcelona (UB) amb la unitat científica ICCUB – Institut de Ciències del Cosmos; la Universitat Autònoma de Barcelona (UAB) amb la unitat científica CERES – Centre d’Estudis i Recerca Espacials; la Universitat Politècnica de Catalunya · BarcelonaTech (UPC) amb la unitat científica CTE – Grup de Recerca en Ciències i Tecnologies de l’Espai; i el Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC) amb la unitat científica ICE – Institut de Ciències de l’Espai. L’IEEC és un centre CERCA (Centres de Recerca de Catalunya).

Contactes

Oficina de Comunicació de l'IEEC
Barcelona, Espanya
Ana Montaner i Rosa Rodríguez
Correu electrònic: comunicacio@ieec.cat 

Autor Principal a l’IEEC
Barcelona, Espanya

Glòria Sala
Institut d’Estudis Espacials de Catalunya (IEEC)
Universitat Politècnica de Catalunya · BarcelonaTech (UPC)
Correu electrònic: gsala@ieec.cat, gloria.sala@upc.