El satélite con forma de ojo de langosta Einstein Probe capturó el destello de rayos X de una pareja celestial muy esquiva. El descubrimiento abre una nueva forma de explorar cómo interactúan y evolucionan las estrellas masivas, lo que confirma el poder único de la misión para descubrir fuentes fugaces de rayos X en el cielo. El trabajo se publica en el servidor de preimpresión arXiv y se publicará próximamente en The Astrophysical Journal Letters.
La extraña pareja celestial consta de una gran estrella caliente, más de 10 veces más grande que nuestro sol, y una pequeña enana blanca compacta, con una masa similar a la nuestra. Hasta ahora, solo se han encontrado un puñado de estos sistemas. Y esta es la primera vez que los científicos pudieron rastrear la luz de rayos X que proviene de una pareja tan curiosa desde su repentino estallido inicial hasta su desaparición.
El 27 de mayo de 2024, el telescopio de rayos X de campo amplio (WXT) de Einstein Probe detectó rayos X provenientes de nuestra galaxia vecina, la Pequeña Nube de Magallanes (SMC). Para descubrir el origen de este nuevo faro celeste, denominado EP J0052, los científicos apuntaron el telescopio de rayos X de seguimiento de la sonda Einstein en esa dirección.
Las observaciones de WXT también hicieron que los telescopios de rayos X Swift y NICER de la NASA apuntaran hacia el objeto recién descubierto. El XMM-Newton de la ESA realizó un seguimiento 18 días después de la activación.
«Estábamos buscando fuentes fugaces, cuando nos topamos con este nuevo punto de luz de rayos X en la Pequeña Nube de Magallanes. Nos dimos cuenta de que estábamos viendo algo inusual, que sólo la sonda Einstein podía captar», dice Alessio Marino, investigador postdoctoral 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 de rayos X, WXT es el único que puede ver rayos X de energía más baja con la sensibilidad suficiente para captar la nueva fuente».
En un principio, los científicos pensaron que EP J0052 podría ser un tipo conocido de sistema binario que brilla en rayos X. Estos pares están formados por una estrella de neutrones que devora material de una estrella compañera masiva. Sin embargo, había algo en los datos que contaba una historia diferente…
Un descubrimiento poco común
Gracias a que la sonda Einstein detectó la nueva fuente desde el primer destello, los científicos pudieron analizar lotes de datos de diferentes instrumentos. Examinaron cómo variaba la luz en un rango de longitudes de onda de rayos X, durante seis días, y descubrieron algunos de los elementos presentes en el material que explotaba, como nitrógeno, oxígeno y neón. El análisis proporcionó pistas cruciales.
«Pronto comprendimos que estábamos ante un descubrimiento poco común de una pareja celestial muy esquiva», explica Alessio. «El inusual dúo está formado por una estrella masiva que llamamos estrella Be, que pesa 12 veces el 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 muy cerca una de la otra y el intenso campo gravitatorio de la enana blanca atrae materia de su compañera. A medida que más y más material (principalmente hidrógeno) cae sobre el objeto compacto, su fuerte gravedad lo comprime, hasta que se inicia una explosión nuclear descontrolada. Esto crea un destello brillante de luz en una amplia gama de longitudes de onda, desde la luz visible hasta los rayos ultravioleta y los rayos X.
A primera vista, la existencia de este dúo es desconcertante. Las estrellas masivas del tipo Be queman rápidamente su reserva de combustible nuclear. Sus vidas son intensas y cortas, duran unos 20 millones de años. Su compañera es (generalmente) el remanente colapsado de una estrella similar a nuestro Sol que, aislada, viviría varios miles de millones de años.
Dado que las estrellas binarias generalmente se forman juntas, ¿cómo puede la estrella supuestamente de vida corta seguir brillando, mientras que la supuestamente de vida larga ya ha muerto?
Hay una explicación.
Una historia de dos estrellas
Los científicos creen que la pareja comenzó junta, como un par binario más compatible formado por dos estrellas bastante grandes, seis y ocho veces más masivas que nuestro Sol.
La estrella más grande agotó su combustible nuclear antes y comenzó a expandirse, desprendiendo materia hacia su compañera. Primero, el gas de sus capas externas hinchadas fue absorbido por la compañera; luego, sus capas externas restantes fueron expulsadas, formando una envoltura alrededor de las dos estrellas, que luego se convirtió en un disco y finalmente se disolvió.
Al final de este drama, la estrella compañera había crecido hasta alcanzar una masa 12 veces mayor que la del Sol, mientras que el núcleo superado de la otra se había colapsado para convertirse en una enana blanca de poco más de una masa solar. Ahora, es el turno de la enana blanca de robar y engullir material de las capas externas de la estrella Be.
«Este estudio nos proporciona nuevos conocimientos sobre una fase raramente observada de la evolución estelar, que es el resultado de un complejo intercambio de material que debe haber ocurrido entre las dos estrellas», señala Ashley Chrimes, investigador y astrónomo de rayos X de la ESA. «Es fascinante ver cómo un par de estrellas masivas en interacción puede producir un resultado tan intrigante».
La observación de seguimiento de la misión XMM-Newton de la ESA en la dirección de EP J0052, 18 días después de la primera mirada de la sonda Einstein, ya no detectó la señal. Esto establece un límite en la duración de la llamarada, mostrando que fue relativamente breve.
La duración de la breve explosión y la presencia de neón y oxígeno apuntan a un tipo bastante pesado de enana blanca, probablemente un 20% más masiva que el Sol. Su masa está cerca del nivel, llamado límite de Chandrasekhar, por encima del cual la estrella continuaría implosionando y se convertiría en una estrella de neutrones aún más densa, o explotaría como una supernova.
Un monitor que cambia las reglas del juego
«Las explosiones de un dúo de estrellas enanas blancas Be han sido extraordinariamente difíciles de captar, ya que se observan mejor con rayos X de baja energía. La llegada de la sonda Einstein ofrece la oportunidad única de detectar estas fuentes fugaces y poner a prueba nuestra comprensión de cómo evolucionan las estrellas masivas», señala Erik Kuulkers, científico del proyecto Einstein Probe de la ESA.
«Este descubrimiento muestra las capacidades revolucionarias de esta misión».
Con información de arXiv
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