Los telescopios MAGIC detectan la explosión nuclear de una estrella vampiro

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 en este rango de energía y permite comprender mejor esta clase de erupciones y su papel potencial en la producción de esos misteriosos rayos cósmicos que habitan la Vía Láctea», explica el catedrático Josep Maria Paredes, director del Departamento de Física Cuántica y Astrofísica de la UB.

Un nuevo tipo de fuente de rayos gamma de alta energía

El fin de una estrella tras su muerte depende de su masa. Dentro de unos 5.000 millones de años, cuando el Sol se agote, se expandirá hasta convertirse en una estrella gigante roja, para colapsar después 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 la superficie de esta última.

Ese «vampirismo» de una enana blanca respecto a una estrella en fase activa tiene como consecuencia una explosión nuclear en la superficie de la primera, «que hace que esta expulse la mayor parte del hidrógeno y los productos de la fusión hacia el espacio interestelar, a velocidades que están entre unos 2.000 y 4.000 kilómetros por segundo», comenta Marc Ribó, catedrático del citado departamento, vicecoordinador de Física de MAGIC y director del Observatorio del Montsec.

Este tipo de explosión es muy luminosa, pudiendo ser hasta 100.000 veces más brillante que nuestro Sol, y se conoce 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: son los sistemas conocidos como recurrentes», detalla Edgar Molina, también miembro del equipo del ICCUB que trabaja en la colaboración de los telescopios MAGIC.

Es el caso de la nova RS Ophiuchi, de cuya explosión se recibió la alerta el 8 de agosto de 2021. En ese momento, se activó un amplio dispositivo de seguimiento. «La erupción de RS Ophiuchi es un evento emisor de rayos gamma muy raro en el cielo: es la nova más luminosa y con el flujo más alto detectada hasta la fecha en el rango de energía de los rayos gamma, y la observamos justo a tiempo», afirma Rubén López-Coto, investigador del INFN de Padua y el IAA-CSIC de Granada, otro de los autores principales del trabajo. Una serie de observaciones siguieron a la inicial, haciendo de esta la primera nova detectada en un rango de energía tan amplio, tanto desde la Tierra como desde el espacio. 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 Ophiuchi, en la que identificó la fuente de rayos gamma.

Gracias a las excelentes condiciones de observación en La Palma, a la rápida reacción de la colaboración MAGIC y a su alta sensibilidad, la nova pudo ser detectada a energías 100.000 millones de veces mayores que la de 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.

Novas, aceleradores cósmicos de protones

Junto a los datos en otras longitudes de onda —entre las que se incluyen observaciones ópticas realizadas con el telescopio Joan Oró del Observatorio del Montsec—, el equipo de investigación fue capaz de desvelar un hecho nuevo: la explosión de la nova produjo la suficiente energía como para crear 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, 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.

Las erupciones de novas producen menos energía que las de sus primas, las supernovas, en las que una estrella muere en una explosión catastrófica. No obstante, también son 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 acelerando protones en sus vecindades.

«Desde hace algún tiempo, MAGIC ha estado siguiendo explosiones de novas sin éxito. Es gratificante cuando ves que el esfuerzo merece la pena y que logramos abrir nuevas ventanas que traen un conocimiento más profundo de nuestro Universo», puntualiza Óscar Blanch, portavoz de la colaboración MAGIC. «Es el fruto del trabajo de muchas personas», concluye.

Para entender por completo la complicada relación entre eventos violentos en el medio interestelar de la Vía Láctea, serán necesarias más observaciones como las presentadas en este artículo. Por eso, 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 Instituto de Ciencias del Cosmos de la Universidad de Barcelona (ICCUB), el Centro de Investigaciones Energéticas, Medioambientales y Tecnológicas (CIEMAT), el Instituto de Astrofísica de Canarias (IAC), el Instituto de Física de Altas Energías (IFAE), la Universidad Autónoma de Barcelona (UAB), la Universidad Complutense de Madrid (UCM) y el Instituto de Astrofísica de Andalucía (IAA). El Instituto de Estudios Espaciales de Cataluña (IEEC) participa en este proyecto a través de investigadores de las unidades del ICCUB y el Centro de Estudios e Investigación Espaciales (CEREs-UAB). Además, el centro de datos de MAGIC es el Puerto de Información Científica (PIC), una colaboración del IFAE y el CIEMAT.

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.

Video (superbossa.co /MPP)