Els telescopis MAGIC detecten l'explosió nuclear d'una estrella vampir

Un equip d'investigadors de la col·laboració científica MAGIC ha detectat raigs gamma de molt alta energia procedents d'una estrella nova recurrent a la nostra galàxia. A la troballa hi han participat els investigadors del Departament de Física de la UAB Lluís Font i Markus Gaug, adscrits al Centre d’Estudis i Recerca Espacials de la UAB (CERES-UAB) i membres de l’Institut d’Estudis Espacials de Catalunya (IEEC).

El resultat d'aquest treball identifica les noves com un nou tipus de font de raigs gamma de molt alta energia. Aquest esdeveniment és el primer que es percep a aquestes energies i permet comprendre millor aquesta classe d'erupcions i el seu paper potencial en la producció dels misteriosos raigs còsmics que habiten la Via Làctia.

Un nou tipus de font de raigs gamma de molt alta energia

La fi d'una estrella després de morir depèn de la seva massa. D'aquí uns cinc mil milions d'anys, quan el Sol s'esgoti, s'expandirà fins a convertir-se en una estrella gegant roja, per després col·lapsar en un cadàver estel·lar conegut com a nana blanca. Aquests romanents estel·lars són molt densos i sota certes circumstàncies poden produir grans explosions. En sistemes binaris en què la nana blanca tingui com a companya una estrella gegant vermella, l'hidrogen provinent de les capes més externes de la gegant vermella pot sucumbir a l'atracció gravitacional de la nana blanca i acumular-se a la superfície. Aquest "vampirisme" d'una nana blanca sobre una estrella en fase activa té com a conseqüència una explosió nuclear a la superfície, que fa que aquesta expulsi la major part de l'hidrogen i els productes de la fusió cap a l'espai interestel·lar, a velocitats d’entre dos i quatre mil quilòmetres per segon. Aquest tipus d'explosió és molt lluminosa, podent ser fins a 100.000 vegades més brillant que el nostre Sol, i és coneguda com a “nova”. Si el cicle de transferència de material entre les dues estrelles comença de nou, es pot reiniciar el procés que en el futur desembocarà una altra vegada en una explosió en els sistemes coneguts com a recurrents.

Quan es va rebre l'alerta de l'explosió de la nova RS Ophiuchi, el 8 d'agost del 2021, s'activà un ampli dispositiu de seguiment. “L'erupció de RS Oph és un esdeveniment molt rar al cel en raigs gamma: és la nova més lluminosa i amb el flux més alt detectada en raigs gamma fins ara, i l'observem just a temps”, afirma Rubén López-Coto , investigador de l'INFN Padova i l'IAA-CSIC de Granada, un dels autors principals del treball. Es tracta de la primera nova detectada, tant des de la Terra com des de l'espai, en un rang d'energia tan ampli. El 9 d'agost, la col·laboració MAGIC va fer servir el seu sistema bessó de telescopis Cherenkov, ubicat a l'Observatori del Roque de los Muchachos, a l'illa de La Palma, per observar en la direcció de RS Oph, tot detectant la font.

Gràcies a les condicions d'observació excel·lents a La Palma, a la ràpida reacció de la col·laboració i a l'alta sensibilitat de MAGIC, la nova va poder ser detectada a energies cent mil milions de vegades més grans que la llum visible. “Aquest treball ha identificat les noves com a un nou tipus de font de raigs gamma de molt alta energia. S'ha obert, per tant, una nova línia de recerca en l'astronomia de raigs gamma de molt alta energia”, afegeix Alicia López-Oramas, investigadora de l'IAC, i també una de les principals autores d'aquest treball.

Acceleradors còsmics de protons

Juntament amb les dades d'altres longituds d'ona, l'equip de recerca va ser capaç de revelar un fet nou: l'explosió de la nova va ser prou energètica com per produir fortes ones de xoc al medi que envoltava el sistema estel·lar. Aquestes ones de xoc són les encarregades d'accelerar les petites partícules subatòmiques presents al medi interestel·lar fins a velocitats properes a les de la llum. En el cas de la nova RS Ophiuchi 2021, el model que descriu millor les observacions de MAGIC i d'altres telescopis afirma que els raigs gamma de molt alta energia són produïts per protons, partícules carregades positivament que constitueixen els nuclis d'àtoms d'hidrogen.

Encara que les erupcions de noves són menys energètiques que les seves cosines, les supernoves, en què una estrella mor en una explosió catastròfica, són també molt més freqüents. Els resultats obtinguts pel grup de la col·laboració MAGIC i els seus col·legues indiquen que, encara que la majoria dels raigs còsmics de la Via Làctia estan generats en altres fonts, les noves poden ser sorprenentment eficients per accelerar protons als seus veïnats.

“MAGIC ha estat seguint sense èxit explosions de noves des de fa algun temps. És gratificant quan veus que l'esforç val la pena i aconseguim obrir finestres noves que porten un coneixement més profund del nostre Univers”, puntualitza l'investigador de l'Institut de Física d'Altes Energies (IFAE) Oscar Blanch, portaveu de la col·laboració MAGIC. “És el fruit de la feina de moltes persones” finalitza.

Per entendre per complet la complicada relació entre esdeveniments violents en el medi interestel·lar a la Via Làctia, seran necessàries més observacions com les presentades en aquest article. La col·laboració MAGIC continuarà la vigilància celestial de romanents estel·lars a la Via Làctia i en altres galàxies.

La comunitat espanyola participa a MAGIC des dels seus inicis. Actualment són membres de MAGIC els següents centres: Centre d'Investigacions Energètiques, Mediambientals i Tecnològiques (CIEMAT), Institut d'Astrofísica de Canàries (IAC), Institut de Física d'Altes Energies (IFAE), Universitat Autònoma de Barcelona (UAB), l'Institut de Ciències del Cosmos de la Universitat de Barcelona (ICCUB), la Universitat Complutense de Madrid (UCM) i l'Institut d'Astrofísica d'Andalusia (IAA). L´Institut d´Estudis Espacials de Catalunya (IEEC) participa en aquest projecte a través d´investigadors de les unitats ICCUB i del Centre d´Estudis i Recerca Espacials de la UAB (CERES-UAB). A més, el centre de dades de MAGIC és el Port d'Informació Científica (PIC), una col·laboració de l'IFAE i el CIEMAT al campus de la UAB.

Article de referència:

MAGIC Collaboration et al. Proton acceleration in thermonuclear nova explosions revealed by gamma rays. Nature Astronomy, abril de 2022. Doi: 10.1038/s41550-022-01640-z.