Localizan una fuente de rayos X en una misteriosa supernova

Los telescopios de alta energía Integral y XMM-Newton de la Agencia Espacial Europea (ESA) han contribuido a la localización de una fuente de potentes rayos X en el centro de una explosión estelar excepcionalmente brillante y en rápida evolución que apareció de repente a principios de año.

El telescopio hawaiano ATLAS fue el primero en detectar el fenómeno, al que se ha dado el nombre de AT2018cow, el 16 de junio pasado. Poco después, astrónomos de todo el mundo apuntaron telescopios terrestres y espaciales hacia el objeto celeste recién descubierto, situado en una galaxia a unos 200 millones de años luz.

Pronto vieron que se hallaban ante algo totalmente nuevo. En solo dos días, el objeto excedía el brillo de cualquier supernova observada hasta la fecha: se trataba de la potente explosión de una estrella masiva que expulsaba la mayoría de su material al espacio, arrastrando el polvo interestelar y los gases de las inmediaciones.

Un nuevo artículo, aceptado para su publicación en Astrophysical Journal, presenta las observaciones de los primeros 100 días de existencia del objeto, abarcando todo el espectro electromagnético de la explosión, desde las ondas de radio hasta los rayos gamma.

El análisis, que incluye observaciones de los telescopios Integral y XMM-Newton de la ESA, y de sus homólogos NuSTAR y Swift de la NASA, encontró una fuente de rayos X de alta energía en lo profundo de la explosión.

Como se ha visto en los datos, el comportamiento de esta fuerza o motor sugiere que el extraño fenómeno podría corresponder a un agujero negro o una estrella de neutrones en plena formación, con un potente campo magnético que absorbería el material circundante.

Ubicación de AT2018cow en la galaxia CGCG 137-068, situada a unos 200 millones de años-luz de la Tierra. (Foto: Raffaella Margutti / Northwestern University / R. Margutti / Keck Observatory)

“La interpretación más fascinante es que podríamos haber sido los primeros testigos del nacimiento de un agujero negro o una estrella de neutrones”, plantea la autora principal del artículo, Raffaella Margutti, de la Universidad Northwestern (Estados Unidos).

“Sabemos que los agujeros negros y las estrellas de neutrones se forman cuando las estrellas colapsan y explotan en una supernova, pero hasta ahora nunca habíamos presenciado el momento de su nacimiento”, añade Indrek Vurm, del observatorio Tartu (Estonia), coautor del estudio y encargado de modelizar las observaciones.

La explosión de AT2018cow no solo fue entre 10 y 100 veces más brillante que otras supernovas observadas hasta la fecha, también alcanzó su máxima luminosidad mucho más rápido que ningún otro evento: apenas tardó unos días, frente a las habituales dos semanas.

Integral efectuó las primeras observaciones del fenómeno unos cinco días después de que se notificara y estuvo vigilándolo 17 días. Sus datos fueron cruciales para comprender este extraño objeto.

“Integral abarca un rango de longitud de onda que no está cubierto por ningún otro satélite —explica Erik Kuulkers, científico del proyecto Integral de la ESA—. Tenemos cierto solapamiento con NuSTAR en la parte de rayos X de alta energía del espectro, pero también podemos ver energías superiores”.

Así, aunque los datos de NuSTAR revelaron el espectro de rayos X duros con gran detalle, Integral permitió a los astrónomos ver todo el espectro de la fuente, incluido su límite superior en energías de rayos gamma blandos.  

“Apreciamos una especie de abultamiento con un borde pronunciado en el extremo de alta energía del espectro —apunta Volodymyr Savchenko, astrónomo de la Universidad de Ginebra (Suiza) que ha trabajado en los datos de Integral—. Se trata de un componente adicional de la radiación liberada por esta explosión, que brilla a través de un medio opaco u ópticamente denso”.

“Lo más probable es que esta radiación de alta energía provenga de un área con plasma muy caliente y denso alrededor de la fuente”, añade Carlo Ferrigno, también de la Universidad de Ginebra.

Como Integral monitorizó la explosión de AT2018cow durante mucho tiempo, sus datos también mostraron como la señal de rayos X de alta energía iba disminuyendo.

Raffaella explica que esta radiación de rayos X de alta energía que desapareció era la llamada radiación reprocesada: radiación de la fuente que interactuaba con el material expulsado por la explosión. A medida que el material se aleja del centro de la explosión, la señal va atenuándose y termina por desaparecer.

No obstante, los astrónomos lograron encontrar en esta señal patrones típicos de un objeto que atrae la materia que lo rodea, ya sea un agujero negro o una estrella de neutrones.

“Lo que hemos observado en AT2018cow es algo muy poco común y está claro que no tiene precedentes en el ámbito de los fenómenos astronómicos transitorios”, subraya Raffaella.

Entretanto, XMM-Newton observó esta atípica explosión dos veces a lo largo de sus primeros 100 días de existencia. Detectó la parte de baja energía de su emisión de rayos X, que, según los astrónomos, procede directamente del motor en el núcleo de la explosión. A diferencia de los rayos X de alta energía procedentes del plasma circundante, los rayos X de baja energía de la fuente aún son visibles.

Los astrónomos tienen previsto usar XMM-Newton para continuar realizando observaciones de seguimiento, lo que les permitirá ver el comportamiento de la fuente con más detalle y durante más tiempo.

“Vamos a seguir analizando los datos de XMM-Newton para intentar comprender la naturaleza de la fuente —señala Giulia Migliori, de la Universidad de Bolonia (Italia), coautora del estudio y que ha trabajado en los datos de rayos X—. Los agujeros negros de acreción dejan una huella característica en los rayos X, algo que podríamos detectar en nuestros datos”.   

“Este fenómeno fue totalmente inesperado, lo que nos muestra que hay mucho que aún no terminamos de comprender”, reconoce Norbert Schartel, científico del proyecto XMM-Newton de la ESA.

“Un satélite, un solo instrumento, nunca sería capaz de entender un objeto tan complejo. La información detallada que hemos sido capaces de recopilar sobre el funcionamiento de la misteriosa explosión de AT2018cow solo se podría lograr gracias a la colaboración y la combinación de distintos telescopios”, concluye Norbert. (Fuente: ESA)