20 Feb Einstein Probe captura una extraña pareja en rayos X

Einstein Probe, el satélite con «ojos de langosta», ha capturado el destello de rayos X de un sistema binario poco común. El descubrimiento abre una nueva vía para explorar cómo interactúan y evolucionan las estrellas masivas, confirmando el potencial único de la misión para descubrir fuentes fugaces de rayos X.

La extraña pareja celeste está compuesta por una gran estrella caliente, más de 10 veces más grande que nuestro Sol, y una enana blanca compacta de masa similar a la de nuestra estrella.

Hasta ahora, solo se han encontrado unos pocos sistemas de este tipo. Y esta es la primera vez que los científicos han podido rastrear la luz de rayos X proveniente de una pareja tan curiosa desde su repentino estallido inicial hasta su desaparición.

Einstein Probe desvela una historia diferente

El 27 de mayo de 2024, el telescopio de rayos X de campo amplio (WXT) a bordo del Einstein Probe detectó rayos X procedentes de nuestra galaxia vecina, la Pequeña Nube de Magallanes (SMC).

Para descubrir el origen de este nuevo faro celeste, etiquetado como EP J0052, los científicos dirigieron el telescopio de seguimiento de rayos X del Einstein Probe en esa dirección.

Las observaciones del WXT también activaron los telescopios de rayos X Swift y NICER de la NASA, que apuntaron al objeto recién descubierto. El XMM-Newton de la ESA realizó un seguimiento 18 días después de la detección inicial.

«Estábamos persiguiendo fuentes fugaces cuando nos topamos con este nuevo punto de luz de rayos X en la SMC. Nos dimos cuenta de que estábamos viendo algo inusual, que solo el Einstein Probe podía captar», afirma Alessio Marino, investigador posdoctoral en el Instituto de Ciencias del Espacio (ICE-CSIC), España, y autor principal del nuevo estudio publicado hoy.

«Esto se debe a que, entre los telescopios actuales que monitorean el cielo en rayos X, WXT es el único capaz de detectar rayos X de baja energía con suficiente sensibilidad para captar esta nueva fuente».

Inicialmente, los científicos pensaron que EP J0052 podría ser un conocido tipo de sistema binario que brilla en rayos X. Estas parejas suelen estar formadas por una estrella de neutrones que devora material de su estrella compañera masiva.

Sin embargo, los datos sugerían una historia diferente.

Un raro descubrimiento

Gracias a que el Einstein Probe captó la nueva fuente de rayos X desde su primer destello, los científicos pudieron analizar conjuntos de datos de diferentes instrumentos.

Examinaron cómo variaba la luz en distintas longitudes de onda de rayos X durante seis días y lograron identificar algunos de los elementos presentes en el material en explosión, como nitrógeno, oxígeno y neón.

El análisis proporcionó pistas cruciales. «Pronto entendimos que estábamos ante el raro descubrimiento de una pareja celeste muy esquiva», explica Alessio.

«El inusual dúo está compuesto por una estrella masiva del tipo Be, con una masa 12 veces la del Sol, y un ‘cadáver estelar’ conocido como enana blanca, un objeto compacto e hiperdenso con una masa similar a la de nuestra estrella».

Las dos estrellas orbitan estrechamente entre sí, y el intenso campo gravitacional de la enana blanca extrae materia de su compañera.

A medida que más material (principalmente hidrógeno) cae sobre la enana blanca, su gravedad lo comprime hasta que se inicia una explosión nuclear descontrolada.

Esto genera un intenso destello de luz en un amplio rango de longitudes de onda, desde la luz visible hasta el ultravioleta y los rayos X.

A primera vista, la existencia de este dúo es desconcertante. Las estrellas masivas de tipo Be consumen rápidamente su combustible nuclear. Sus vidas son intensas y breves, de unos 20 millones de años.

Su compañera, la enana blanca, es en teoría el remanente colapsado de una estrella similar a nuestro Sol, que en condiciones normales viviría varios miles de millones de años.

Dado que las estrellas binarias suelen formarse juntas, ¿cómo es posible que una estrella de vida tan corta aún brille intensamente, mientras que su compañera, la supuestamente longeva enana blanca, ya haya muerto?

Una historia de dos estrellas

Los científicos creen que esta pareja comenzó como un sistema binario más equilibrado, formado por dos estrellas grandes, de seis y ocho veces la masa del Sol. La estrella más grande agotó primero su combustible nuclear y comenzó a expandirse, transfiriendo materia a su compañera.

Primero, el gas de sus capas exteriores fue absorbido por la estrella vecina; luego, expulsó sus capas exteriores restantes, formando una envoltura alrededor de ambas estrellas que posteriormente se convirtió en un disco y finalmente se disipó.

Al final de este proceso, la estrella compañera había crecido hasta alcanzar 12 veces la masa del Sol, mientras que el núcleo desnudo de la otra colapsó para convertirse en una enana blanca con poco más de una masa solar.

Fue a partir de entonces cuando la enana blanca empezó a robar y devorar material de las capas exteriores de su compañera, la estrella Be.

Una fase rara vez observada

«Este estudio ofrece nuevas perspectivas sobre una fase rara vez observada en la evolución estelar, resultado de un complejo intercambio de materia entre las dos estrellas», señala Ashley Chrimes, investigador y astrónomo de rayos X en la ESA.

«Es fascinante ver cómo una pareja de estrellas masivas en interacción puede producir un resultado tan intrigante».

La observación de seguimiento realizada por la misión XMM-Newton de la ESA en la dirección de EP J0052, 18 días después de la primera detección del Einstein Probe, no detectó señal alguna. Esto indica que el estallido fue relativamente breve.

La corta duración del destello y la presencia de neón y oxígeno indican que la enana blanca es relativamente masiva, probablemente un 20 % más pesada que el Sol.

Su masa está cerca del límite de Chandrasekhar, el umbral por encima del cual la estrella continuaría colapsando para convertirse en una estrella de neutrones aún más densa o explotaría como una supernova.

Einstein Probe: Un observatorio revolucionario

«Las explosiones de un sistema Be-enana blanca han sido extraordinariamente difíciles de detectar, ya que se observan mejor en rayos X de baja energía».

«La llegada del Einstein Probe nos ofrece una oportunidad única para descubrir estas fuentes fugaces y probar nuestra comprensión sobre la evolución de las estrellas masivas», destaca Erik Kuulkers, científico del proyecto Einstein Probe en la ESA.

«Este descubrimiento demuestra las capacidades revolucionarias de esta misión».

Fuente: Einstein Probe catches X-ray odd couple