Nova ultraviolenta y con una firma química extraña

Unos astrónomos han observado por primera vez una nova recurrente fuera de la Vía Láctea en luz del infrarrojo cercano. Los datos revelan emisiones químicas muy inusuales, así como también una de las temperaturas más altas registradas hasta ahora para una nova, prueba de que la explosión, de tipo nova, ha sido extremadamente violenta.

La investigación se ha llevado a cabo mediante el telescopio Gemini Sur, uno de los dos telescopios del Observatorio Internacional Gemini, financiado en parte por la Fundación Nacional de Ciencia (NSF) de Estados Unidos y operado por el NOIRLab de la NSF, y el Telescopio Magallanes Baade. El equipo que ha realizado el estudio lo encabeza Aneurin Evans, de la Universidad de Keele en el Reino Unido.

Las explosiones de tipo nova ocurren en sistemas estelares binarios, en los que una enana blanca (una estrella que ya no está activa y que se ha encogido hasta volverse muy pequeña y densa), extrae continuamente material estelar de una estrella compañera cercana, en activo. A medida que la atmósfera exterior de la estrella compañera se acumula en la superficie de la enana blanca, alcanza temperaturas lo bastante altas como para provocar una reacción nuclear explosiva del material acumulado.

Se ha observado que casi todas las novas descubiertas hasta la fecha sufren una explosión de este tipo una sola vez, pero también se ha observado que algunas sufren explosiones de tipo nova más de una vez, y a estas se las clasifica como novas recurrentes. El tiempo entre las explosiones nova de estas estrellas puede variar desde tan solo un año hasta muchas décadas.

En nuestra galaxia la Vía Láctea, se han observado menos de una docena de novas recurrentes. En cambio, muchas más son de origen extragaláctico, es decir, de fuera de nuestra galaxia. El estudio de las novas extragalácticas ayuda a los astrónomos a comprender cómo los diferentes entornos influyen en la tendencia a que se produzcan novas.

La primera nova extragaláctica recurrente que se observó fue LMC 1968-12a (LMC68), situada en la Gran Nube de Magallanes, una galaxia satélite de la Vía Láctea. Esta nova tiene una escala de tiempo recurrente de unos cuatro años, la tercera más corta de todas las novas, y está formada por una enana blanca y una compañera subgigante roja (una estrella mucho más grande que el Sol). Fue descubierta en 1968 y sus erupciones se han observado con bastante regularidad desde 1990.

Su erupción más reciente, en agosto de 2024, fue captada por primera vez por el Observatorio Neil Gehrels Swift, que ha estado monitoreando detalladamente la nova cada mes desde su erupción del año 2020. Dado su conocido intervalo recurrente, los astrónomos esperaban esta erupción, y la de LMC68 ocurrió justo en el momento esperado.

Recreación artística del proceso que culmina con una explosión estelar de tipo nova. La estrella de la derecha, una enana blanca, pequeña pero muy densa, succiona materia de su compañera de densidad muy inferior. La materia así robada se va acumulando hasta que se produce una reacción de fusión nuclear explosiva. (Imagen: International Gemini Observatory / NOIRLab / NSF / AURA / M. Garlick / M. Zamani. CC BY 4.0)

Se realizaron observaciones de seguimiento nueve días después de la erupción inicial con el Telescopio Magallanes Baade del Instituto Carnegie en Estados Unidos, y 22 días después de la erupción inicial con el Telescopio Gemini Sur.

Utilizando la técnica de espectroscopía infrarroja, el equipo observó la luz del infrarrojo cercano de LMC68, lo que les permitió estudiar la fase ultracaliente de la nova en la que muchos elementos se habían energizado en gran medida. Al estudiar esta fase, los astrónomos pueden aprender sobre los procesos más extremos que intervienen en la erupción. Este estudio es la primera observación espectroscópica en el infrarrojo cercano de una nova recurrente extragaláctica.

Tras su erupción inicial, la luz de LMC68 se desvaneció rápidamente, pero el instrumento FLAMINGOS-2 de Gemini Sur aún capturó una fuerte señal de átomos de silicio ionizados. En concreto, se trató de átomos de silicio a los que se les quitó nueve de sus catorce electrones. Esto requiere cantidades increíbles de energía en forma de radiación o colisiones violentas.

En el espectro anterior captado por el telescopio Magallanes, la luz del infrarrojo cercano procedente únicamente del silicio ionizado brillaba 95 veces más que la luz emitida por el Sol, sumada en todas sus longitudes de onda (rayos X, ultravioleta, visible, infrarroja y radio). Cuando Gemini observó la línea varios días después, la señal se había desvanecido, pero la emisión de silicio seguía presente en el espectro.

“El silicio ionizado que brilla casi 100 veces más que el Sol no tiene precedentes”, afirma Tom Geballe, astrónomo emérito del NOIRLab y coautor del estudio. “Y aunque esta señal es impactante, también lo es lo que no se ve ahí”.

Las novas que se han descubierto en la Vía Láctea suelen emitir numerosas firmas en el infrarrojo cercano de elementos químicos altamente excitados (con un nivel superior de energía), pero los espectros de LMC68 solo contenían la característica del silicio ionizado. “Esperábamos ver también firmas de azufre, fósforo, calcio y aluminio altamente energizados”, dice Geballe.

“Esta sorprendente ausencia de elementos, combinada con la presencia y gran fuerza de la firma del silicio, significa una temperatura del gas inusualmente alta, lo que confirmó nuestro modelo”, añade el coautor Sumner Starrfield, profesor de astrofísica de la Universidad Estatal de Arizona en estados Unidos.

El equipo estima que, durante la fase inicial posterior a la explosión de la nova, la temperatura del gas expulsado alcanzó los 3 millones de grados centígrados, lo que la convierte en una de las novas más calientes registradas hasta la fecha. Esta temperatura extrema sugiere una explosión muy violenta, que el equipo teoriza que se debe a las condiciones del entorno de la nova.

La Gran Nube de Magallanes y sus estrellas tienen una metalicidad (concentración de metales) menor que la de la Vía Láctea, lo que significa que contienen una menor abundancia de elementos más pesados que el hidrógeno y el helio, denominados metales por los astrónomos. En los sistemas de alta metalicidad, los elementos pesados atrapan el calor en la superficie de la enana blanca, de modo que las erupciones se producen al principio del proceso de acreción. Pero sin estos elementos pesados, se acumula más materia en la superficie de la enana blanca antes de que se caliente lo suficiente como para encenderse, lo que provoca que la explosión sea mucho más potente. Además, el gas expulsado impacta contra la atmósfera de la compañera subgigante roja, provocando ello una elevación adicional de temperatura.

El estudio se titula “Near-infrared spectroscopy of the LMC recurrent nova LMCN 1968-12a”. Y se ha publicado en la revista académica Monthly Notices of the Royal Astronomical Society. (Fuente: NOIRLab. CC BY 4.0)