Primera observación de una explosión de rayos X en una estrella muerta

Un equipo de investigación de varios institutos alemanes ha podido observar una explosión de luz de rayos X en una estrella enana blanca, que ya ha consumido todo su combustible.

A veces, estas estrellas muertas vuelven a la vida en una explosión súper caliente y producen una bola de fuego de radiación de rayos X, que ha sido captada por primera vez.

"En cierto modo, fue una coincidencia afortunada", explica en un comunicado Ole König del Instituto Astronómico de la FAU (Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg) en el observatorio Dr. Karl Remeis en Bamberg, coautor de un artículo sobre esta observación publicado en la revista Nature.

"Estos destellos de rayos X duran solo unas pocas horas y son casi imposibles de predecir, pero el instrumento de observación debe apuntar directamente a la explosión en el momento exacto", explica el astrofísico.

El instrumento en este caso es el telescopio de rayos X eROSITA, que actualmente se encuentra a un millón y medio de kilómetros de la Tierra y ha estado examinando el cielo en busca de rayos X suaves desde 2019. El 7 de julio de 2020, midió una fuerte radiación de rayos X en un área del cielo que había pasado completamente desapercibida cuatro horas antes.

Cuando el telescopio de rayos X inspeccionó la misma posición en el cielo cuatro horas más tarde, la radiación había desaparecido. De ello se deduce que el destello de rayos X que previamente había sobreexpuesto completamente el centro del detector debe haber durado menos de ocho horas.

Las explosiones de rayos X como esta fueron predichas por la investigación teórica hace más de 30 años, pero nunca se habían observado directamente hasta ahora. Estas bolas de fuego de rayos X ocurren en la superficie de las estrellas que originalmente eran comparables en tamaño al sol antes de consumir la mayor parte de su combustible hecho de hidrógeno y luego helio, en el interior de sus núcleos.

Estos cadáveres estelares se encogen hasta que quedan enanas blancas, que son similares en tamaño a la Tierra pero contienen una masa que puede ser similar a la de nuestro sol. "Una forma de imaginar estas proporciones es pensar que el sol tiene el mismo tamaño que una manzana, lo que significa que la Tierra tendría el mismo tamaño que la cabeza de un alfiler que orbita alrededor de la manzana a una distancia de 10 metros", explica el coautor, el profesor de la FAU Jörn Wilms.

"Estas llamadas novas ocurren todo el tiempo, pero detectarlas durante los primeros momentos, cuando se produce la mayor parte de la emisión de rayos X, es realmente difícil", agrega el Dr. Victor Doroshenko de la Universidad de Tubinga.

"No solo la corta duración de un destello es un desafío, sino también el hecho de que el espectro de rayos X emitidos es muy suave. Los rayos X suaves no son muy energéticos y son fácilmente absorbidos por el medio interestelar, por lo que no podemos ver muy lejos en esta banda, que limita la cantidad de objetos observables, ya sea una nova o una estrella común. Los telescopios normalmente están diseñados para ser más efectivos en rayos X más duros donde la absorción es menos importante, y esa es exactamente la razón por la que perderían un evento así", concluye Victor Doroshenko.

Por otro lado, si tuviera que encoger una manzana al tamaño de la cabeza de un alfiler, esta pequeña partícula retendría el peso comparativamente grande de la manzana. "Una cucharadita de materia del interior de una enana blanca fácilmente tiene la misma masa que un camión grande", continúa Jörn Wilms. Dado que estas estrellas quemadas están compuestas principalmente de oxígeno y carbono, podemos compararlas con diamantes gigantes del mismo tamaño que la Tierra que flotan en el espacio. Estos objetos en forma de gemas preciosas están tan calientes que brillan de color blanco. Sin embargo, la radiación es tan débil que es difícil de detectar desde la Tierra.

Eso es cierto a menos que la enana blanca esté acompañada por una estrella que todavía está ardiendo, y cuando la enorme atracción gravitatoria de la enana blanca extrae hidrógeno de la capa de la estrella que la acompaña.

"Con el tiempo, este hidrógeno puede acumularse para formar una capa de unos pocos metros de espesor en la superficie de la enana blanca", explica el astrofísico de la FAU Jörn Wilms. En esta capa, la enorme atracción gravitacional genera una enorme presión que es tan grande que hace que la estrella se vuelva a encender. En una reacción en cadena, pronto se produce una gran explosión durante la cual se desprende la capa de hidrógeno. La radiación de rayos X de una explosión como esta es lo que golpeó los detectores de eROSITA el 7 de julio de 2020, produciendo una imagen sobreexpuesta.