Los astrónomos han obtenido imágenes notablemente detalladas de dos explosiones estelares, llamadas novas, apenas unos días después de que comenzaron. Las nuevas observaciones proporcionan evidencia clara de que estas explosiones no son tan simples como se creía. En lugar de una sola explosión, las explosiones pueden enviar múltiples corrientes de material e incluso retrasar algunas emisiones de manera dramática.
Informe del trabajo del equipo de investigación internacional. Naturaleza Astronomía. Utilizaron interferometría en el Centro de Astronomía de Alta Resolución Angular (CHARA Array) en California, un método que combina la luz de múltiples telescopios para producir vistas extremadamente nítidas. Esta resolución adicional hizo posible visualizar en vivo estos eventos que cambian rápidamente a medida que se desarrollaban.
“Las imágenes nos dan una vista de cerca de cómo el material es expulsado de la estrella durante la explosión”, dijo Gail Schaefer, directora del conjunto CHARA del estado de Georgia. “Capturar estos eventos fugaces requiere flexibilidad para adaptar nuestro horario nocturno a medida que se descubren nuevos objetivos de oportunidad”.
¿Qué son las novas y por qué son importantes las ondas de choque?
Una nova ocurre en un sistema binario cercano cuando una enana blanca, el denso núcleo remanente de una estrella, extrae gas de una compañera cercana. A medida que se forma el material robado, puede encenderse en una reacción nuclear descontrolada, provocando que el cielo brille repentinamente. Hasta hace poco, los astrónomos tenían que reconstruir las primeras capas de forma indirecta porque los restos extendidos parecían un único punto de luz.
Comprender cómo se generan las ondas de choque en las novas es clave para comprender cómo las eyecciones explotan e interactúan externamente. Estos choques fueron asociados por primera vez con novas por el Telescopio Fermi de Gran Área (LAT) de la NASA. En sus primeros 15 años, Fermi-LAT ha detectado emisiones de GeV de más de 20 novas, lo que demuestra que estas explosiones pueden producir rayos gamma en nuestra galaxia e indica su promesa como fuentes de múltiples mensajeros.
Dos Novae de 2021 con comportamiento muy diferente
El equipo se centró en dos novas que explotaron en 2021 y descubrió que se comportaban de maneras sorprendentemente diferentes. Nova V1674 Herculis fue el más rápido registrado, aumentando y desapareciendo en cuestión de días. La imagen revela dos corrientes de gas separadas que se mueven en direcciones perpendiculares, una señal de que el fenómeno implica múltiples eyecciones que interactúan entre sí. El momento fue particularmente revelador: las nuevas imágenes de flujo de salida aparecieron mientras el Telescopio Espacial Fermi de Rayos Gamma de la NASA también detectaba rayos gamma de alta energía, vinculando directamente la radiación impulsada por el impacto con esas corrientes en colisión.
Nova V1405 Cassiopeiae se desarrolló mucho más lentamente. Inesperadamente retuvo sus capas externas durante más de 50 días antes de ser liberada, lo que proporciona la evidencia más clara hasta el momento de una eyección retrasada en una nova. Cuando ese material finalmente se liberó, provocó nuevas sacudidas y Fermi de la NASA volvió a ver rayos gamma relacionados con una violencia renovada.
“Estas observaciones nos permiten ver una explosión estelar en tiempo real, lo cual es muy complejo y durante mucho tiempo se ha considerado un gran desafío”, dijo Elias Ide, autor principal del estudio y profesor de física y astronomía en la Universidad Tecnológica de Texas. “En lugar de ver simplemente un simple destello de luz, ahora estamos descubriendo la verdadera complejidad de cómo se desarrollan estas explosiones. Es como pasar de una fotografía granulada en blanco y negro a un vídeo de alta definición”.
La interferometría revela la estructura y confirma los detalles de los espectros.
La capacidad de ver estructuras tan finas proviene de la interferometría, la misma técnica que nos ayuda a obtener imágenes del agujero negro en el centro de nuestra galaxia. El equipo comparó las imágenes con espectros de instalaciones importantes como Gemini. Estos espectros rastrearon las firmas cambiantes en el gas expulsado, y las nuevas características espectrales coincidieron con las estructuras vistas en las imágenes interferométricas, proporcionando una confirmación directa uno a uno de cómo se forman y chocan los flujos.
“Es un tremendo avance”, afirmó John Monier, profesor de astronomía de la Universidad de Michigan, coautor del estudio y experto en imágenes interferométricas. Abre una nueva ventana a algunos de los acontecimientos más dramáticos del universo”.
¿Qué cambia esto sobre las explosiones estelares y los rayos gamma?
Los hallazgos muestran que las novas pueden ser mucho más complejas que una única explosión repentina. También ayudan a explicar por qué estos eventos producen poderosas descargas que producen luz de alta energía, incluidos los rayos gamma. El telescopio Fermi de la NASA fue fundamental para descubrir esa conexión, convirtiendo a Nova en un laboratorio del mundo real para estudiar la física del choque y la aceleración de partículas.
“Nuestras galaxias son más que fuegos artificiales de novas: son laboratorios de física extrema”, dijo la coautora Laura Chmiuk, profesora de la Universidad Estatal de Michigan y experta en explosiones estelares. “Al observar cómo y cuándo se expulsa el material, finalmente podemos conectar los puntos entre las reacciones nucleares en la superficie de la estrella, la geometría del material expulsado y la radiación de alta energía que detectamos desde el espacio”.
En general, los resultados desafían la noción arraigada de que las explosiones de novas son eventos únicos e impulsivos. En cambio, las observaciones apuntan a múltiples formas en que una nova puede desarrollarse, incluidas múltiples salidas y exposición retardada de la envoltura exterior de la estrella, remodelando la forma en que los científicos entienden estos episodios explosivos.
“Es sólo el comienzo”, dijo Aydi. “Con más observaciones como esta, finalmente podemos comenzar a responder grandes preguntas sobre cómo las estrellas viven, mueren y afectan su entorno. Las novas, antes vistas como simples explosiones, se están volviendo más ricas e interesantes de lo que jamás imaginamos”.
Las imágenes de las dos novas se recopilaron a través del Programa de Acceso Abierto CHARA Array apoyado por la Fundación Nacional de Ciencias bajo las subvenciones Nos. AST-2034336 y AST-2407956. La Facultad de Artes y Ciencias del Estado de Georgia, la Oficina del Rector y la Oficina del Vicepresidente de Investigación y Desarrollo Económico también brindan apoyo institucional para el conjunto CHARA.
