A unos 200 años luz de la Tierra, el núcleo de una estrella muerta orbita una estrella mayor en una macabra danza cósmica. La estrella muerta es un tipo de enana blanca que ejerce un potente campo magnético mientras atrae material de la estrella mayor hacia un disco giratorio en constante acreción.
Este par espiral es lo que se conoce como una «polar intermedia»: un tipo de sistema estelar que emite un patrón complejo de radiación intensa, incluyendo rayos X, a medida que el gas de la estrella mayor cae sobre la otra.
Ahora, astrónomos del MIT han utilizado un telescopio de rayos X en el espacio para identificar características clave en la región más interna del sistema: un entorno extremadamente energético que hasta ahora había sido inaccesible para la mayoría de los telescopios.
En un estudio de acceso abierto publicado en The Astrophysical Journal, el equipo informa sobre el uso del Explorador de Polarimetría de Rayos X de Imágenes (IXPE) de la NASA para observar la polar intermedia, conocida como EX Hydrae.
El equipo halló un grado sorprendentemente alto de polarización de rayos X, que describe la dirección del campo eléctrico de una onda de rayos X, así como una dirección de polarización inesperada en los rayos X provenientes de EX Hydrae. A partir de estas mediciones, los investigadores rastrearon los rayos X hasta su origen en la región más interna del sistema, cerca de la superficie de la enana blanca.
Además, determinaron que los rayos X del sistema se emitían desde una columna de material incandescente que la enana blanca atraía de su estrella compañera.
Estiman que esta columna tiene unos 3200 kilómetros de altura, aproximadamente la mitad del radio de la propia enana blanca y mucho más alta de lo que los físicos habían predicho para un sistema de estas características. También determinaron que los rayos X se reflejan en la superficie de la enana blanca antes de dispersarse en el espacio, un efecto que los físicos sospechaban pero que no habían confirmado hasta ahora.
Los resultados del equipo demuestran que la polarimetría de rayos X puede ser un método eficaz para estudiar entornos estelares extremos, como las regiones más energéticas de una enana blanca en acreción.
«Demostramos que la polarimetría de rayos X puede utilizarse para realizar mediciones detalladas de la geometría de acreción de la enana blanca», afirma Sean Gunderson, investigador postdoctoral del Instituto Kavli de Astrofísica e Investigación Espacial del MIT y autor principal del estudio. «Esto abre la posibilidad de realizar mediciones similares en otros tipos de enanas blancas en acreción que tampoco habían presentado señales de polarización de rayos X hasta ahora».
Entre los coautores de Gunderson en el Instituto Kavli del MIT se encuentran la estudiante de posgrado Swati Ravi y los investigadores Herman Marshall y David Huenemoerder, junto con Dustin Swarm de la Universidad de Iowa, Richard Ignace de la Universidad Estatal del Este de Tennessee, Yael Nazé de la Universidad de Lieja y Pragati Pradhan de la Universidad Aeronáutica Embry-Riddle.
Una fuente de alta energía
Todas las formas de luz, incluidos los rayos X, se ven influenciadas por campos eléctricos y magnéticos. La luz viaja en ondas que oscilan perpendicularmente a la dirección de su propagación.
Los campos eléctricos y magnéticos externos pueden desviar estas oscilaciones en direcciones aleatorias. Sin embargo, cuando la luz interactúa con una superficie y rebota en ella, puede polarizarse, lo que significa que sus vibraciones se concentran en una dirección. La luz polarizada, por lo tanto, permite a los científicos rastrear la fuente de luz y discernir algunos detalles sobre su geometría.
El observatorio espacial IXPE es la primera misión de la NASA diseñada para estudiar los rayos X polarizados emitidos por objetos astrofísicos extremos. La nave espacial, lanzada en 2021, orbita la Tierra y registra estos rayos X polarizados. Desde su lanzamiento, se ha centrado principalmente en supernovas, agujeros negros y estrellas de neutrones.
El nuevo estudio del MIT es el primero en utilizar IXPE para medir rayos X polarizados provenientes de una estrella polar intermedia: un sistema más pequeño en comparación con los agujeros negros y las supernovas, pero que, sin embargo, se sabe que emite una gran cantidad de rayos X.
«Comenzamos a hablar sobre cuánta polarización sería útil para comprender lo que sucede en este tipo de sistemas, que la mayoría de los telescopios ven como un simple punto en su campo de visión», explica Marshall.
Una estrella polar intermedia recibe su nombre de la intensidad del campo magnético de la enana blanca central. Cuando este campo es fuerte, el material de la estrella compañera es atraído directamente hacia los polos magnéticos de la enana blanca. Cuando el campo es muy débil, el material estelar gira alrededor de la enana en un disco de acreción que, finalmente, deposita materia directamente sobre su superficie.
En el caso de una estrella polar intermedia, los físicos predicen que el material caerá formando un patrón intermedio complejo, creando un disco de acreción que también es atraído hacia los polos de la enana blanca.
El campo magnético debería elevar el disco de material entrante muy por encima, como una fuente de alta energía, antes de que los restos estelares caigan hacia los polos magnéticos de la enana blanca, a velocidades de millones de kilómetros por hora, en lo que los astrónomos denominan una «cortina de acreción».
Los físicos sospechan que este material en caída chocará con material previamente desprendido que aún se dirige hacia los polos, creando una especie de atasco de gas. Esta acumulación de materia forma una columna de gas colisionante a decenas de millones de grados Fahrenheit, que debería emitir rayos X de alta energía.
Una imagen del interior
Al medir los rayos X polarizados emitidos por EX Hydrae, el equipo buscaba comprobar la hipótesis de los físicos sobre la existencia de polares intermedios. En enero de 2025, IXPE realizó un total de aproximadamente 600.000 segundos, o el equivalente a unos siete días, de mediciones de rayos X del sistema.
«Con cada rayo X que llega de la fuente, se puede medir la dirección de polarización», explica Marshall. «Se recopilan muchos de estos rayos, todos con diferentes ángulos y direcciones, que se pueden promediar para obtener un grado y una dirección de polarización preferidos».
Sus mediciones revelaron un grado de polarización del 8%, mucho mayor de lo que los científicos habían predicho según algunos modelos teóricos. A partir de ahí, los investigadores pudieron confirmar que los rayos X provenían efectivamente de la columna del sistema y que esta columna tiene una altura aproximada de 3200 kilómetros.
«Si uno pudiera situarse cerca del polo de la enana blanca, vería una columna de gas que se extiende 3200 kilómetros hacia el cielo y luego se abre en abanico», explica Gunderson.
El equipo también midió la dirección de la polarización de los rayos X de EX Hydrae, que determinaron que era perpendicular a la columna de gas entrante de la enana blanca. Esto indicaba que los rayos X emitidos por la columna rebotaban en la superficie de la enana blanca antes de viajar al espacio y, finalmente, llegar a los telescopios del IXPE.
«Lo útil de la polarización de rayos X es que nos proporciona una imagen de la porción más interna y energética de todo este sistema», explica Ravi. «Cuando observamos a través de otros telescopios, no vemos ninguno de estos detalles».
El equipo planea aplicar la polarización de rayos X para estudiar otros sistemas de enanas blancas en acreción, lo que podría ayudar a los científicos a comprender fenómenos cósmicos mucho mayores.
«Llega un punto en que cae tanta materia sobre la enana blanca desde una estrella compañera que esta ya no puede contenerla; todo colapsa y produce un tipo de supernova observable en todo el universo, que puede utilizarse para calcular el tamaño del universo», añade Marshall.
«Así pues, comprender estos sistemas de enanas blancas ayuda a los científicos a comprender las fuentes de esas supernovas y nos revela información sobre la ecología de la galaxia».
Con información de The Astrophysical Journal
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