Cuando estrellas tipo Sol consumen todo su combustible, se encogen para formar enanas blancas. A veces, estas estrellas muertas reviven en una explosión muy caliente y producen una ‘bola de fuego’ de radiación de rayos X. Ahora, un equipo de investigación dirigido por la Universidad de Erlangen-Núremberg (FAU, Alemania) ha podido observar, por vez primera, este tipo de explosión con el observatorio de rayos X eROSITA. Los resultados se presentan esta semana en Nature.

Por su parte, las novas son explosiones causadas por la combustión termonuclear descontrolada en las envolturas ricas en hidrógeno de estas enanas blancas en proceso de acreción. Son estallidos estelares imprevisibles que aparentemente aparecen como una ‘nueva’ estrella en el cielo.

Recreación artística de la ‘bola de fuego’ alrededor de la enana blanca. / Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg (FAU).

Su origen se encuentra en la acumulación de material procedente de una estrella de un tamaño similar al Sol (hidrógeno de las capas más externas) hacia una estrella compañera enana blanca, un tipo de estrella altamente compacta, que tiene una masa similar a la del Sol pero concentrada en un cuerpo celeste con un radio equivalente al de la Tierra.

Las condiciones extremas en la superficie de la enana blanca provocan que el material acumulado en la superficie acabe explotando y sea expulsado al espacio exterior en una enorme explosión termonuclear. El material se expande rápidamente y, en pocas horas, causa un aumento de la magnitud visible de la estrella. En ese momento, el fenómeno se puede observar desde la Tierra como una nueva estrella en el cielo.

En esta recreación artística una enana blanca (izquierda) roba gas a su estrella compañera. El material desciende en espiral hacia la superficie de la enana, donde se comprime y finalmente se enciende en una explosión termonuclear. / ESO / M. Kornmesser

Las fases iniciales de la explosión de una nova “ya se habían previsto de forma teórica: las altas temperaturas de la explosión termonuclear causarían una intensa y breve emisión de rayos X. Es lo que se conoce como ‘bola de fuego’ inicial”, explica una de las autoras, Glòria Sala, profesora de la de la Universidad Politécnica de Cataluña (UPC) e investigadora del Institut d’Estudis Espacials de Catalunya (IEEC) en el Grupo de Astronomía y Astrofísica de esa universidad.

Durante los días posteriores a la explosión, la expansión de la bola de fuego provoca una disminución de la temperatura que hace que evolucione hacia una gran esfera de gas más frío, que emite en luz visible y que causa la aparición de la nueva estrella en el cielo.

Pero, como especifica Sala, “esta fase de ‘bola de fuego’ es muy breve y se da horas antes de la aparición de la estrella en el cielo. Por tanto, detectar los rayos X antes del descubrimiento de la fuente es complicado”.

Misión ruso-alemana para escanear el cielo

Habitualmente, la detección de astros con emisiones de rayos X se realiza desde satélites a los que se les da la orden de observar en la dirección de la fuente descubierta. Sin embargo, hay algunas misiones que tienen como objetivo realizar un mapeo global del cielo: es el caso del telescopio alemán de rayos X eROSITA, desarrollado en el Instituto Max Planck de Física Extraterrestre (MPE), que viaja a bordo de la misión ruso-alemana Spectrum-X-Gamma, lanzada en 2019. El objetivo de la misión es hacer un mapa global del cielo en rayos X y, para ello, escanea toda la esfera celeste cada seis meses.

Durante el segundo mapeo del cielo, en concreto el 7 de julio de 2020, se detectó una nueva fuente de rayos X extremadamente brillante que duró menos de ocho horas. Una semana más tarde, el 15 de julio, se descubrió desde la Tierra y en luz visible la explosión de la Nova Reticuli 2020 (YZ Ret), localizada a una distancia de 2.500 parsecs (unidad astronómica de longitud que corresponde, aproximadamente, a tres años luz o 30 billones de kilómetros). Esto permitió identificar por primera vez que el intenso flash de rayos X detectado por eROSITA correspondía a la bola de fuego inicial de la explosión de la nova.

Entendiendo la evolución de la galaxia

El estudio de las explosiones de nova permite encajar algunas de las piezas de la evolución química de la galaxia y de cómo se ha llegado a tener la variedad y distribución de elementos químicos presentes en el sistema solar, después del Big Bang, partiendo de un universo inicial con una composición mucho más simple.

La observación desde grandes telescopios terrestres, junto con el estudio de las emisiones en rayos X y gamma desde satélites y la modelización teórica a través de modelos numéricos, permiten reconstruir los procesos detallados que ocurren en estos fenómenos explosivos y su contribución a la evolución de la galaxia.

Exposición de los siete módulos de espejos de eROSITA antes de ser lanzados al espacio. / P. Friedrich/MPE

Por este motivo, la detección de la ‘bola de fuego’ inicial predicha por los modelos es una pieza clave para comprobar y ajustar las teorías de las explosiones estelares de nova. Para Sala, “las características de la radiación de rayos X que hemos detectado con eROSITA coinciden con lo que predice la teoría para esta fase de la explosión y confirman, por tanto, que se trata de la pieza del puzle que estábamos buscando”.

Además de la universidad FAU, el MPA, la UPC y el IEEC, en este estudio ha participado la Universidad de Tübingen y el Leibniz Institute for Astrophysics Potsdamde Alemania.

Referencia bibliográfica:

König, O. et al. “X-ray detection of a nova in the fireball phase”. Nature, 2022