Los telescopios MAGIC detectan la explosión nuclear de una estrella vampiro

Un equipo de investigadores de la colaboración científica MAGIC ha detectado rayos gamma de muy alta energía procedentes de una estrella nova recurrente en nuestra galaxia. En el hallazgo han participado los investigadores del Departamento de Física de la UAB Lluís Font i Markus Gaug, adscritos al Centre d’Estudis i Recerca Espacials de la UAB (CERES-UAB) y miembros del Instituto de Estudios Espaciales de Catalunya (IEEC).

El resultado de este trabajo identifica las novas como un nuevo tipo de fuente de rayos gamma de muy alta energía. Este evento es el primero que se percibe a estas energías y permite comprender mejor esta clase de erupciones y su potencial papel en la producción de los misteriosos rayos cósmicos que habitan la Vía Láctea.

Un nuevo tipo de fuente de rayos gamma de muy alta energía

El fin de una estrella tras su muerte depende de su masa. Dentro de unos cinco mil millones de años, cuando el Sol se agote, se expandirá hasta convertirse en una estrella Gigante Roja, para después colapsar en un cadáver estelar conocido como enana blanca. Estos remanentes estelares son muy densos y bajo ciertas circunstancias pueden producir grandes explosiones.

En sistemas binarios en que la Enana Blanca tenga como compañera una estrella gigante roja, el hidrógeno proveniente de las capas más externas de la Gigante Roja puede sucumbir a la atracción gravitacional de la enana blanca y acumularse en su superficie. Este “vampirismo” de una enana blanca sobre una estrella en fase activa tiene como consecuencia una explosión nuclear en su superficie, que hace que ésta expulse la mayor parte del hidrógeno y los productos de la fusión hacia el espacio interestelar, a velocidades de unos dos a cuatro mil kilómetros por segundo. Este tipo de explosión es muy luminosa, pudiendo ser hasta 100.000 veces más brillante que nuestro Sol y son conocidas como “nova”. Si el ciclo de transferencia de material entre las dos estrellas comienza de nuevo, se puede reiniciar el proceso que en el futuro desembocará otra vez en una explosión en los sistemas conocidos como recurrentes.

Cuando se recibió la alerta de la explosión de la nova RS Ophiuchi, el 8 de agosto de 2021, se activa un amplio dispositivo de seguimiento. “La erupción de RS Oph es un evento muy raro en el cielo en rayos gammas: es la nova más luminosa y con el flujo más alto detectada en rayos gamma hasta la fecha, y la observamos justo a tiempo”, afirma Rubén López-Coto, investigador del INFN Padova y el IAA-CSIC de Granada, uno de los autores principales del trabajo. Se trata de la primera nova detectada, tanto desde la Tierra como desde el espacio, en un rango de energía tan amplio. El 9 de agosto, la colaboración MAGIC usó su sistema gemelo de telescopios Cherenkov, ubicado en el Observatorio del Roque de los Muchachos, en la isla de La Palma, para observar en la dirección de RS Oph, detectando la fuente.

Gracias a las excelentes condiciones de observación en La Palma, a la rápida reacción de la colaboración y a la alta sensibilidad de MAGIC, la nova pudo ser detectada a energías cien mil millones de veces mayores que la luz visible. “Este trabajo ha identificado las novas como un nuevo tipo de fuente de rayos gamma de muy alta energía. Se ha abierto, por tanto, una nueva línea de investigación en la astronomía de rayos gamma de muy alta energía”, añade Alicia López-Oramas, investigadora del IAC, y también una de las autoras principales de este trabajo.

Aceleradores cósmicos de protones

Junto con los datos de otras longitudes de onda, el equipo de investigación fue capaz de desvelar un nuevo hecho: la explosión de la nova fue lo suficientemente energética para producir fuertes ondas de choque en el medio que rodeaba al sistema estelar. Estas ondas de choque son las encargadas de acelerar las pequeñas partículas subatómicas presentes en el medio interestelar hasta velocidades cercanas a las de la luz. En el caso de la nova RS Ophiuchi 2021, el modelo que mejor describe las observaciones de MAGIC y de otros telescopios afirma que los rayos gamma de muy alta energía son producidos por protones, partículas cargadas positivamente que constituyen los núcleos de átomos de hidrógeno. Aunque las erupciones de novas son menos energéticas que sus primas las supernovas, en las que una estrella muere en una explosión catastrófica, son también mucho más frecuentes. Los resultados obtenidos por el grupo de la colaboración MAGIC y sus colegas indican que, aunque la mayoría de los rayos cósmicos que permean la Vía Láctea están generados en otras fuentes, las novas pueden ser sorprendentemente eficientes en acelerar protones en sus vecindades.

“MAGIC ha estado siguiendo sin éxito explosiones de novas desde hace algún tiempo. Es gratificante cuando ves que el esfuerzo merece la pena y logramos abrir nuevas ventanas que traen un conocimiento más profundo de nuestro Universo”, puntualiza el investigador del Instituto de Física de Altas Energías (IFAE) Oscar Blanch, portavoz de la colaboración MAGIC. “Es el fruto del trabajo de muchas personas” finaliza.

Para entender por completo la complicada relación entre eventos violentos en el medio interestelar en la Vía Láctea, serán necesarias más observaciones como las presentadas en este artículo. La colaboración MAGIC continuará la vigilancia celestial de remanentes estelares en la Vía Láctea y en otras galaxias.

La comunidad española participa en MAGIC desde sus inicios. Actualmente son miembros de MAGIC: el Centro de Investigaciones Energéticas, Medioambientales y Tecnológicas (CIEMAT), el Instituto de Astrofísica de Canarias (IAC), el Institut de Física d'Altes Energies (IFAE), la Universitat Autònoma de Barcelona (UAB), el Instituto de Ciencias del Cosmos de la Universidad de Barcelona (ICCUB), la Universidad Complutense de Madrid (UCM) y el Instituto de Astrofísica de Andalucía (IAA). El Institut d'Estudis Espacials de Catalunya (IEEC) participa en este proyecto a través de investigadores de las unidades ICCUB y el Centre d’Estudis i Recerca Espacials de la UAB (CERES-UAB). Además, el centro de datos de MAGIC es el Port d'Informació Científica (PIC), una colaboración del IFAE y el CIEMAT en el campus de la UAB.

 

Artículo de referencia:

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.