Impresión artística de la explosión de una nova. Imagen: Bill Saxton. Fuente: NRAO/AUI/NSF.
Un equipo internacional de astrónomos ha podido observar el corazón de una estrella en explosión, combinando datos de telescopios que se encuentran a cientos o incluso miles de kilómetros de distancia.
Las altamente detalladas imágenes, producidas usando radiotelescopios de toda Europa y Estados Unidos, han identificado los lugares donde una explosión estelar (llamada nova), emitió rayos gamma (radiación de energía extremadamente alta). El descubrimiento revela cómo se producen las emisiones de rayos gamma, algo que desconcertó a los astrónomos cuando las observaron por primera vez en 2012.
"No sólo encontramos de dónde provienen los rayos gamma, sino que también pudimos echar un vistazo a un escenario previamente invisible que puede ser común en otras explosiones nova", explica Laura Chomiuk, de la Universidad Estatal de Michigan (EE.UU.), en una nota de prensa de la Universidad de Manchester (Reino Unido).
Tim O'Brien, del Observatorio Jodrell Bank de la Universidad de Manchester, miembro del equipo internacional de astrónomos que trabajó en el estudio, explica: "Una nova se produce cuando el gas de una estrella compañera cae sobre la superficie de una estrella enana blanca en un
sistema binario. Esto desencadena una explosión termonuclear en la superficie de la estrella que lanza el gas al espacio a velocidades de millones de kilómetros por hora".
"Cuando explota se ilumina enormemente, lo que lleva en algunos casos a la aparición de una nueva estrella en el cielo, de ahí el término nova. Estas explosiones son impredecibles, así que cuando una se produce, tenemos la presión de reunir la mayor cantidad de telescopios del mundo que sea posible para echar un vistazo antes de que se desvanezca. Para esta nova, nuestro equipo internacional estaba preparado y listo y realmente salimos triunfantes".
Sorpresa
Los astrónomos no esperaban que esta nova produjera rayos gamma de alta energía. Sin embargo, en junio de 2012, la nave espacial Fermi de la NASA detectó rayos gamma procedentes de una nova llamada V959 Mon, a unos 6.500 años luz de la Tierra.
Al mismo tiempo, observaciones del complejo radioastronómico Karl G. Jansky Very Large Array (VLA), de Nuevo México (EE.UU.), indicaron que las ondas de radio procedentes de la nova eran probablemente el resultado de partículas subatómicas que se movían a casi la velocidad de la luz interactuando con campos magnéticos. La emisión de rayos gamma de alta energía, observaron los astrónomos, también requería estas partículas en rápido movimiento.
Posteriores observaciones de los telescopios de la Red Europea de VLBI (EVN) y del Very Long Baseline Array (VLBA) de Nuevo México revelaron dos nudos distintos de emisión de radio, que luego se vio cómo se alejaban uno del otro.
Esta observación, junto con los estudios realizados con el sistema de telescopios e-Merlin, en el Reino Unido, y otras observaciones del VLA en 2014, proporcionó a los científicos información que les permitió armar una imagen de cómo se producían los nudos de radio y los rayos gamma.
Las altamente detalladas imágenes, producidas usando radiotelescopios de toda Europa y Estados Unidos, han identificado los lugares donde una explosión estelar (llamada nova), emitió rayos gamma (radiación de energía extremadamente alta). El descubrimiento revela cómo se producen las emisiones de rayos gamma, algo que desconcertó a los astrónomos cuando las observaron por primera vez en 2012.
"No sólo encontramos de dónde provienen los rayos gamma, sino que también pudimos echar un vistazo a un escenario previamente invisible que puede ser común en otras explosiones nova", explica Laura Chomiuk, de la Universidad Estatal de Michigan (EE.UU.), en una nota de prensa de la Universidad de Manchester (Reino Unido).
Tim O'Brien, del Observatorio Jodrell Bank de la Universidad de Manchester, miembro del equipo internacional de astrónomos que trabajó en el estudio, explica: "Una nova se produce cuando el gas de una estrella compañera cae sobre la superficie de una estrella enana blanca en un
sistema binario. Esto desencadena una explosión termonuclear en la superficie de la estrella que lanza el gas al espacio a velocidades de millones de kilómetros por hora".
"Cuando explota se ilumina enormemente, lo que lleva en algunos casos a la aparición de una nueva estrella en el cielo, de ahí el término nova. Estas explosiones son impredecibles, así que cuando una se produce, tenemos la presión de reunir la mayor cantidad de telescopios del mundo que sea posible para echar un vistazo antes de que se desvanezca. Para esta nova, nuestro equipo internacional estaba preparado y listo y realmente salimos triunfantes".
Sorpresa
Los astrónomos no esperaban que esta nova produjera rayos gamma de alta energía. Sin embargo, en junio de 2012, la nave espacial Fermi de la NASA detectó rayos gamma procedentes de una nova llamada V959 Mon, a unos 6.500 años luz de la Tierra.
Al mismo tiempo, observaciones del complejo radioastronómico Karl G. Jansky Very Large Array (VLA), de Nuevo México (EE.UU.), indicaron que las ondas de radio procedentes de la nova eran probablemente el resultado de partículas subatómicas que se movían a casi la velocidad de la luz interactuando con campos magnéticos. La emisión de rayos gamma de alta energía, observaron los astrónomos, también requería estas partículas en rápido movimiento.
Posteriores observaciones de los telescopios de la Red Europea de VLBI (EVN) y del Very Long Baseline Array (VLBA) de Nuevo México revelaron dos nudos distintos de emisión de radio, que luego se vio cómo se alejaban uno del otro.
Esta observación, junto con los estudios realizados con el sistema de telescopios e-Merlin, en el Reino Unido, y otras observaciones del VLA en 2014, proporcionó a los científicos información que les permitió armar una imagen de cómo se producían los nudos de radio y los rayos gamma.
Explicación
En la primera etapa de este escenario, la enana blanca y su compañera renuncian a parte de su energía orbital para impulsar algunos de los materiales de la explosión, haciendo que el material expulsado salga hacia afuera más rápido en el plano de su órbita.
Más tarde, la enana blanca expulsa un viento más rápido de partículas que se mueven sobre todo hacia el exterior a lo largo de los polos del plano orbital. Cuando el flujo polar de movimiento más rápido choca con el material que se mueve más lento, el impacto acelera las partículas a las velocidades necesarias para producir los rayos gamma y los nudos de la emisión de radio.
"Al observar este sistema en el tiempo y ver cómo ha cambiado el patrón de emisión de radio, y luego trazar los movimientos de los nudos, vimos el comportamiento exacto que se espera de este escenario," explica Chomiuk.
Interferometría
Una técnica llamada interferometría de radio, en el que se combinan los datos de varios telescopios de radio para obtener una imagen más nítida, jugó un papel fundamental en este resultado. Si conecta juntos radiotelescopios en decenas, cientos e incluso miles de kilómetros, los científicos fueron capaces de acercar la imagen para obtener una visión mucho más nítida del corazón de esta estrella en explosión.
Los rayos gamma de varias explosiones nova ahora se han detectado por lo que puede ser que el fenómeno es relativamente común, pero tal vez se ve sólo cuando la nova es lo suficientemente cerca de la Tierra.
Debido a que este tipo de eyección también se ve en otra estelar binario (dos estrellas orbitando entre sí) los sistemas, los nuevos conocimientos pueden ayudar a los astrónomos a comprender cómo se desarrollan esos sistemas. La fase en la que la materia eyectada desde una estrella engulle su compañera se produce en todas las estrellas binarias cercanas, y es poco conocida.
"Podemos ser capaces de utilizar las novas como un" banco de pruebas "para mejorar nuestra comprensión de esta etapa crítica de la evolución binaria", dijo Chomiuk.
En la primera etapa de este escenario, la enana blanca y su compañera renuncian a parte de su energía orbital para impulsar algunos de los materiales de la explosión, haciendo que el material expulsado salga hacia afuera más rápido en el plano de su órbita.
Más tarde, la enana blanca expulsa un viento más rápido de partículas que se mueven sobre todo hacia el exterior a lo largo de los polos del plano orbital. Cuando el flujo polar de movimiento más rápido choca con el material que se mueve más lento, el impacto acelera las partículas a las velocidades necesarias para producir los rayos gamma y los nudos de la emisión de radio.
"Al observar este sistema en el tiempo y ver cómo ha cambiado el patrón de emisión de radio, y luego trazar los movimientos de los nudos, vimos el comportamiento exacto que se espera de este escenario," explica Chomiuk.
Interferometría
Una técnica llamada interferometría de radio, en el que se combinan los datos de varios telescopios de radio para obtener una imagen más nítida, jugó un papel fundamental en este resultado. Si conecta juntos radiotelescopios en decenas, cientos e incluso miles de kilómetros, los científicos fueron capaces de acercar la imagen para obtener una visión mucho más nítida del corazón de esta estrella en explosión.
Los rayos gamma de varias explosiones nova ahora se han detectado por lo que puede ser que el fenómeno es relativamente común, pero tal vez se ve sólo cuando la nova es lo suficientemente cerca de la Tierra.
Debido a que este tipo de eyección también se ve en otra estelar binario (dos estrellas orbitando entre sí) los sistemas, los nuevos conocimientos pueden ayudar a los astrónomos a comprender cómo se desarrollan esos sistemas. La fase en la que la materia eyectada desde una estrella engulle su compañera se produce en todas las estrellas binarias cercanas, y es poco conocida.
"Podemos ser capaces de utilizar las novas como un" banco de pruebas "para mejorar nuestra comprensión de esta etapa crítica de la evolución binaria", dijo Chomiuk.
Referencia bibliográfica:
Laura Chomiuk, Justin D. Linford, Jun Yang, T. J. O’Brien, Zsolt Paragi, Amy J. Mioduszewski, R. J. Beswick, C. C. Cheung, Koji Mukai, Thomas Nelson, Valério A. R. M. Ribeiro, Michael P. Rupen, J. L. Sokoloski, Jennifer Weston, Yong Zheng, Michael F. Bode, Stewart Eyres, Nirupam Roy, Gregory B. Taylor. Binary orbits as the driver of γ-ray emission and mass ejection in classical novae. Nature (2014). DOI: 10.1038/nature13773.
Laura Chomiuk, Justin D. Linford, Jun Yang, T. J. O’Brien, Zsolt Paragi, Amy J. Mioduszewski, R. J. Beswick, C. C. Cheung, Koji Mukai, Thomas Nelson, Valério A. R. M. Ribeiro, Michael P. Rupen, J. L. Sokoloski, Jennifer Weston, Yong Zheng, Michael F. Bode, Stewart Eyres, Nirupam Roy, Gregory B. Taylor. Binary orbits as the driver of γ-ray emission and mass ejection in classical novae. Nature (2014). DOI: 10.1038/nature13773.