Gemini Sur captura una violenta explosión de una nova ultra caliente con una sorprendente firma química

Astrónomos descubren una intensa erupción extremadamente caliente a partir del primer análisis en infrarrojo cercano de una nova recurrente fuera de la Vía Láctea

5 Marzo 2025

Mediante el telescopio Gemini Sur, una de las dos instalaciones del Observatorio Internacional Gemini, financiado en parte por la Fundación Nacional de Ciencias de EE. UU. y operado por NOIRLab de NSF, y el Telescopio Magallanes Baade, los astrónomos observaron por primera vez una nova recurrente fuera de la Vía Láctea en luz infrarroja cercana. Los datos revelaron emisiones químicas muy inusuales, así como también una de las temperaturas más altas jamás registradas para una nova, ambos indicios de una erupción extremadamente violenta.

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

Se ha observado que casi todas las novas descubiertas hasta la fecha entran en erupción una sola vez, pero también se ha observado que algunas entran en erupción más de una vez, y se clasifican como novas recurrentes. El ciclo entre las erupciones de estas novas puede variar desde tan sólo un año hasta muchas décadas [1].

En nuestra Vía Láctea se han observado menos de una docena de novas recurrentes, pero muchas más son de origen extragaláctico, es decir, se encuentran fuera de nuestra galaxia. El estudio de las novas extragalácticas ayuda a los astrónomos a comprender cómo los diferentes entornos afectan a las erupciones de las novas.

La primera nova extragaláctica recurrente que se observó fue LMC 1968-12a (LMC68), situada 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 novas, y está formada por una enana blanca y una compañera subgigante roja (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 cada mes desde su erupción del año 2020. Dado su conocido intervalo recurrente, los astrónomos esperaban esta erupción, y la de LMC68 ocurrió justo en el momento esperado.

Se realizaron observaciones de seguimiento nueve días después de la erupción inicial con el Telescopio Magallanes Baade de la Carnegie Institution, y 22 días después de la erupción inicial con el Telescopio Gemini Sur, la mitad del Observatorio Internacional Gemini, financiado en parte por la Fundación Nacional de Ciencias de EE. UU. y que opera NOIRLab de NSF.

Utilizando la técnica de espectroscopía infrarroja [2], el equipo observó la luz del infrarrojo cercano de LMC68, lo que les permitió estudiar la fase ultra caliente de la nova en la que muchos elementos se habían energizado en gran medida. 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 en el infrarrojo cercano de una nova recurrente extragaláctica.

Tras su erupción inicial, la luz de LMC68 se desvaneció rápidamente, pero el instrumento FLAMINGOS-2 de Gemini Sur aún capturó una fuerte señal de átomos de silicio ionizados. En concreto, se trató de átomos de silicio a los que se les quitó nueve de sus catorce electrones. Esto requiere cantidades increíbles de energía en forma de radiación o colisiones violentas.

En el espectro anterior del telescopio Magallanes, la luz del infrarrojo cercano procedente únicamente 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, infrarroja y radio). Cuando Gemini observó la línea varios días después, la señal se había desvanecido, pero la emisión de silicio seguía presente en el espectro.

“El silicio ionizado que brilla casi 100 veces más que el Sol no tiene precedentes”, afirma Tom Geballe, astrónomo emérito de NOIRLab y coautor del artículo publicado en la revista Monthly Notices of the Royal Astronomical Society. “Y aunque esta señal es impactante, también lo es lo que no se ve ahí”.

Las novas que se han descubierto en la Vía Láctea suelen emitir numerosas firmas en el infrarrojo cercano de elementos altamente excitados (con un nivel superior de energía), pero los espectros de LMC68 sólo contenían la característica del silicio ionizado. “Esperábamos ver también firmas de azufre, fósforo, calcio y aluminio altamente energizados”, dice Geballe.

“Esta sorprendente ausencia de elementos, combinada con la presencia y gran fuerza de la firma del silicio, significa una temperatura del gas inusualmente alta, lo que confirmó nuestro modelo”, añade el coautor Sumner Starrfield, profesor de astrofísica de 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 (concentración de metales) menor que la Vía Láctea, lo que significa que contienen una menor abundancia de elementos más pesados que el hidrógeno y el helio, denominados metales por los astrónomos. 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 provoca que la explosión estalle con mucha más violencia. Además, el gas expulsado choca con la atmósfera de la compañera subgigante roja, provocando 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 causaría una explosión de nova más violenta. Las observaciones y análisis presentados aquí coinciden con esa predicción en términos generales.

“Con sólo un pequeño número de novas recurrentes detectadas dentro de nuestra propia galaxia, la comprensión de estos objetos ha progresado caso a caso”, afirma 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 avanzarán en su comprensión sobre este tipo de novas y medirán de forma crítica el comportamiento de estos objetos en diferentes entornos químicos”.

Notas

[1] Con un período de recurrencia de aproximadamente un año, M31N 2008-12a tiene el intervalo de tiempo más corto entre erupciones de cualquier nova recurrente, mientras que el más largo corresponde a V2487 Ophiuchi con un período de recurrencia de 98 años.

[2] La espectroscopía consiste en capturar la luz de un objeto y descomponerla en un espectro, lo que permite a los científicos identificar los elementos químicos presentes en el objeto a través de las longitudes de onda específicas de la luz que emiten.

Más Información

Esta investigación se presentó en un artículo titulado “Near-infrared spectroscopy of the LMC recurrent nova LMCN 1968-12a”, que aparece en Monthly Notices of the Royal Astronomical Society. DOI: 10.1093/mnras/stae2711

El equipo está compuesto por A. Evans (Universidad de Keele), D. P. K. Banerjee (Laboratorio de Investigación Física, Ahmedabad), T. R. Geballe (Observatorio Internacional Gemini/NOIRLab de NSF), A. Polin (Universidad de Purdue), E. Y. Hsiao (Universidad Estatal de Florida), K. L. Page (Universidad de Leicester), C. E. Woodward (Universidad de Minnesota), S. Starrfield (Universidad Estatal de Arizona).

NOIRLab de NSF, el centro de la Fundación Nacional de Ciencias de Estados Unidos para la astronomía óptica-infrarroja terrestre, opera el Observatorio Internacional Gemini (una instalación de NSF, NRC-Canadá, ANID-Chile, MCTIC-Brasil, MINCyT-Argentina, y KASI-República de Corea), el Observatorio Nacional Kitt Peak de NSF (KPNO), el Observatorio Interamericano Cerro Tololo de NSF (CTIO), el Centro de Datos para la Comunidad Científica (CSDC), y el Observatorio Vera C. Rubin de NSF-DOE (en cooperación con el Laboratorio Nacional del Acelerador SLAC del DOE). Es administrado por la Asociación de Universidades para la Investigación en Astronomía (AURA) en virtud de un acuerdo de cooperación con NSF y tiene su sede central en Tucson, Arizona.

La comunidad científica está honrada por tener la oportunidad de realizar investigaciones astronómicas en I’oligam Du’ag (Kitt Peak) en Arizona, en Maunakea en Hawaiʻi, y en Cerro Tololo y Cerro Pachón, en Chile. Reconocemos y apreciamos el importante rol cultural y el valor que I’oligam Du’ag tiene para la Nación Tohono O'odham, y el que Maunakea tiene para la comunidad Kanaka Maoli (hawaianos nativos).

Este comunicado de prensa fue traducido por Carolina Vargas.

Contactos

Tom Geballe
Emeritus Astronomer
NSF NOIRLab
Correo electrónico: tom.geballe@noirlab.edu

Sumner Starrfield
Regents Professor of Astrophysics
Arizona State University
Correo electrónico: sumner.starrfield@gmail.com

Josie Fenske
Jr. Public Information Officer
NSF NOIRLab
Correo electrónico: josie.fenske@noirlab.edu

Esta es una traducción del Comunicado de Prensa de NOIRLab noirlab2509.