Gemini Sur observa una nova ultracaliente en erupción con una firma química sorprendente

Las explosiones de novas se producen en sistemas binarios de estrellas en los que una enana blanca (el denso remanente de una estrella muerta) absorbe continuamente material estelar de una estrella compañera cercana. A medida que la atmósfera exterior de la compañera se acumula en la superficie de la enana blanca, alcanza temperaturas lo suficientemente altas como para provocar una erupción.

Se ha observado que casi todas las novas descubiertas hasta la fecha estallan una sola vez, pero se ha observado que unas pocas estallan más de una vez y se clasifican como novas recurrentes. El lapso entre erupciones de estas novas puede variar desde tan solo un año hasta varias décadas.

Se han observado menos de una docena de novas recurrentes dentro de nuestra galaxia, la Vía Láctea, mientras que muchas más son extragalácticas, es decir, ubicadas fuera de la Vía Láctea. El estudio de las novas extragalácticas ayuda a los astrónomos a comprender cómo los diferentes entornos afectan las erupciones de novas.

La primera nova extragaláctica recurrente que se observó fue LMC 1968-12a (LMC68), ubicada en la Gran Nube de Magallanes, una galaxia satélite de la Vía Láctea. Esta nova tiene una escala de tiempo recurrente de unos cuatro años (la tercera más corta de todas las nova) y está formada por una enana blanca y una subgigante roja compañera (una estrella mucho más grande que el Sol). Fue descubierta en 1968 y sus erupciones se han observado con bastante regularidad desde 1990.

Su erupción más reciente, en agosto de 2024, fue captada por primera vez por el Observatorio Neil Gehrels Swift, que ha estado monitoreando de cerca la nova todos los meses desde su erupción de 2020. Dada su escala de tiempo recurrente conocida, los astrónomos estaban anticipando esta erupción, y LMC68 se produjo justo en el momento justo.

Se realizaron observaciones de seguimiento nueve días después del estallido inicial con el Telescopio Magallanes Baade del Instituto Carnegie, y 22 días después del estallido inicial con el telescopio Gemini Sur, la mitad del Observatorio Internacional Gemini.

Utilizando la técnica de espectroscopia, el equipo observó la luz infrarroja cercana de LMC68, lo que les permitió estudiar la fase ultracaliente de la nova durante la cual muchos elementos han sido altamente energizados. Al estudiar esta fase, los astrónomos pueden aprender sobre los procesos más extremos que intervienen en la erupción. Este estudio es la primera observación espectroscópica de infrarrojo cercano de una nova recurrente extragaláctica.

Después de su erupción inicial, la luz de LMC68 se desvaneció rápidamente, pero el instrumento FLAMINGOS-2 de Gemini Sur aún captó una fuerte señal de átomos de silicio ionizado, específicamente átomos de silicio que han sido despojados de nueve de sus 14 electrones, lo que requiere increíbles cantidades de energía en forma de radiación o colisiones violentas.

En el espectro anterior de Magallanes, la luz infrarroja cercana solo del silicio ionizado brillaba 95 veces más que la luz emitida por el sol sumada en todas sus longitudes de onda (rayos X, ultravioleta, visible, infrarrojo y radio). Cuando Gemini observó la línea varios días después, la señal se había desvanecido, pero la emisión de silicio todavía dominaba el espectro.

«El silicio ionizado brillando casi 100 veces más que el Sol no tiene precedentes», dice Tom Geballe, astrónomo emérito de NOIRLab y coautor del artículo que aparece en Monthly Notices of the Royal Astronomical Society. «Y aunque esta señal es impactante, también lo es lo que no está allí».

Las novas que se encuentran en la Vía Láctea suelen emitir numerosas señales de infrarrojo cercano de elementos altamente excitados, pero los espectros de LMC68 contenían solo la característica del silicio ionizado. «Habríamos esperado ver también señales de azufre, fósforo, calcio y aluminio altamente energizados», dice Geballe.

«Esta sorprendente ausencia, combinada con la presencia y la gran fuerza de la firma de silicio, implicaba una temperatura de gas inusualmente alta, que nuestro modelo confirmó», añade el coautor Sumner Starrfield, profesor regente de Astrofísica en la Universidad Estatal de Arizona.

El equipo estima que, durante la fase inicial posterior a la explosión de la nova, la temperatura del gas expulsado alcanzó los 3 millones de grados Celsius (5,4 millones de grados Fahrenheit), lo que la convierte en una de las novas más calientes jamás registradas. Esta temperatura extrema sugiere una erupción muy violenta, que el equipo teoriza que se debe a las condiciones del entorno de la nova.

La Gran Nube de Magallanes y sus estrellas tienen una metalicidad menor que la Vía Láctea, lo que significa que contiene una menor abundancia de elementos más pesados ​​que el hidrógeno y el helio, a los que los astrónomos denominan metales. En los sistemas de alta metalicidad, los elementos pesados ​​atrapan el calor en la superficie de la enana blanca de modo que las erupciones se producen al principio del proceso de acreción.

Pero sin estos elementos pesados, se acumula más materia en la superficie de la enana blanca antes de que se caliente lo suficiente como para encenderse, lo que hace que la explosión se produzca con mucha mayor violencia. Además, el gas expulsado choca con la atmósfera de la subgigante roja compañera, lo que provoca un enorme choque que eleva las temperaturas en la colisión.

Antes de recopilar sus datos, Starrfield predijo que la acumulación de material de baja metalicidad en una enana blanca daría lugar a una explosión de nova más violenta. Las observaciones y el análisis presentados aquí coinciden en líneas generales con esa predicción.

«Con sólo un pequeño número de novas recurrentes detectadas dentro de nuestra propia galaxia, la comprensión de estos objetos ha avanzado episódicamente», dice Martin Still, director del programa de la NSF para el Observatorio Internacional Gemini. «Al ampliar nuestro alcance a otras galaxias utilizando los telescopios astronómicos más grandes disponibles, como Gemini Sur, los astrónomos aumentarán el ritmo de progreso y medirán críticamente el comportamiento de estos objetos en diferentes entornos químicos».

Con información de Monthly Notices of the Royal Astronomical Society