Els telescopis MAGIC detecten lʼexplosió nuclear dʼuna estrella vampir

El resultat dʼaquest 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 en aquest rang dʼenergia i permet comprendre millor aquesta classe dʼerupcions i el seu paper potencial en la producció dels misteriosos raigs còsmics que habiten la Via Làctia», explica el catedràtic Josep Maria Paredes, director del Departament de Física Quàntica i Astrofísica de la UB.

Un nou tipus de font de raigs gamma dʼalta energia

La fi dʼuna estrella després de morir depèn de la seva massa. Dʼaquí a uns 5.000 milions dʼanys, quan el Sol sʼesgoti, sʼexpandirà fins a convertir-se en una estrella gegant vermella, per col·lapsar després en un cadàver estel·lar conegut com nana blanca. Aquests romanents estel·lars són molt densos, i en determinades circumstàncies poden produir grans explosions. En sistemes binaris en què la nana blanca tingui com a companya una estrella gegant vermella, lʼhidrogen provinent de les capes més externes de la gegant vermella pot sucumbir a lʼatracció gravitacional de la nana blanca i acumular-se a la superfície dʼaquesta última.

Aquest «vampirisme» dʼuna nana blanca respecte dʼuna estrella en fase activa té com a conseqüència una explosió nuclear a la superfície de la primera, «que fa que aquesta expulsi la major part de lʼhidrogen i els productes de la fusió cap a lʼespai interestel·lar, a velocitats que estan entre uns 2.000 i 4.000 quilòmetres per segon», comenta Marc Ribó, catedràtic del departament esmentat, vicecoordinador de Física de MAGIC i director de lʼObservatori del Montsec.

Aquest tipus dʼexplosió és molt lluminosa —pot ser fins a 100.000 vegades més brillant que el nostre Sol— i es coneix com 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: són els sistemes coneguts com a recurrents», detalla Edgar Molina, també membre de lʼequip de lʼICCUB que treballa en la col·laboració dels telescopis MAGIC.

És el cas de la nova RS Ophiuchi, lʼalerta dʼexplosió de la qual es va rebre el 8 dʼagost de 2021. En aquell moment, es va activar un ampli dispositiu de seguiment. «Lʼerupció dʼRS Ophiuchi és un esdeveniment emissor de raigs gamma molt rar al cel: és la nova més lluminosa i amb el flux més alt detectada fins ara en el rang dʼenergia dels raigs gamma, i la vam observar just a temps», afirma Rubén López-Coto, investigador de lʼINFN de Pàdua i lʼIAA-CSIC de Granada, un altre dels autors principals del treball. Una sèrie dʼobservacions van seguir a la inicial, i van fer que aquesta nova fos la primera detectada en un rang dʼenergia tan ampli, tant des de la Terra com des de lʼespai. El 9 dʼagost, la col·laboració MAGIC va fer servir el seu sistema bessó de telescopis Txerenkov, ubicat a lʼObservatori del Roque de los Muchachos, a lʼilla de La Palma, per observar en la direcció dʼRS Ophiuchi, en què va identificar la font de raigs gamma.

Gràcies a les excel·lents condicions dʼobservació a La Palma, a la ràpida reacció de la col·laboració MAGIC i a la seva alta sensibilitat, la nova es va poder detectar a energies 100.000 milions de vegades més grans que la de la llum visible. «Aquest treball ha identificat les noves com un nou tipus de font de raigs gamma de molt alta energia. Sʼha obert, per tant, una nova línia de recerca en lʼastronomia de raigs gamma de molt alta energia», afegeix Alicia López-Oramas, investigadora de lʼIAC, i també una de les autores principals dʼaquest treball.

Les noves, acceleradors còsmics de protons

Juntament amb les dades en altres longituds dʼona —entre les quals sʼinclouen observacions òptiques fetes amb el telescopi Joan Oró de lʼObservatori del Montsec—, lʼequip de recerca va ser capaç de revelar un fet nou: lʼexplosió de la nova va produir lʼenergia suficient per crear fortes ones de xoc en el medi que envoltava el sistema estel·lar. Aquestes ones de xoc són les encarregades dʼaccelerar les petites partícules subatòmiques presents en el medi interestel·lar fins a velocitats properes a les de la llum. En el cas de la nova RS Ophiuchi, el model que descriu millor les observacions de MAGIC i dʼaltres telescopis afirma que els raigs gamma de molt alta energia els produeixen protons, partícules carregades positivament que constitueixen els nuclis dʼàtoms dʼhidrogen.

Les erupcions de noves produeixen menys energia que les de les seves cosines, les supernoves, en què una estrella mor en una explosió catastròfica. No obstant això, també són molt més freqüents. Els resultats obtinguts pel grup de la col·laboració MAGIC i els seus col·legues indiquen que, malgrat que la majoria dels raigs còsmics que permeen la Via Làctia es generen en altres fonts, les noves poden ser sorprenentment eficients accelerant protons al seu voltant.

«Des de fa algun temps, MAGIC ha estat seguint explosions de noves sense èxit. És gratificant quan veus que lʼesforç val la pena i que aconseguim obrir noves finestres que porten un coneixement més profund del nostre Univers», puntualitza Óscar Blanch, portaveu de la col·laboració MAGIC. «És el fruit del treball de moltes persones», conclou.

Per entendre per complet la complicada relació entre esdeveniments violents en el medi interestel·lar de la Via Làctia, seran necessàries més observacions com les presentades en aquest article. Per això, 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, en són membres lʼInstitut de Ciències del Cosmos de la Universitat de Barcelona (ICCUB), el Centre de Recerques Energètiques, Mediambientals i Tecnològiques (CIEMAT), lʼInstitut dʼAstrofísica de les Canàries (IAC), lʼInstitut de Física dʼAltes Energies (IFAE), la Universitat Autònoma de Barcelona (UAB), la Universitat Complutense de Madrid (UCM) i lʼInstitut dʼAstrofísica dʼAndalusia (IAA). LʼInstitut dʼEstudis Espacials de Catalunya (IEEC) participa en aquest projecte a través dʼinvestigadors de les unitats de lʼICCUB i el Centre dʼEstudis i Recerca Espacials (CEREs-UAB). A més, el centre de dades de MAGIC és el Port dʼInformació Científica (PIC), una col·laboració de lʼIFAE i el CIEMAT.

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.

Video (superbossa.co /MPP)