Detecten per primer cop la bola de foc d'una explosió estel·lar

Per primer cop, un equip d'astrofísics ha pogut observar la llum de raigs X produïda per l'explosió d'un tipus d'estel anomenat nan blanc. L'anàlisi de les imatges permetrà conèixer aquests fenòmens i el seu paper en l'evolució de la galàxia.

L'estudi l'ha liderat la Universitat Friedrich-Alexander (FAU) d'Erlangen i Nuremberg, a Alemanya, i entre els autors hi ha Glòria Sala, investigadora del Grup d'Astronomia i Astrofísica de la Universitat Politècnica de Catalunya i de l'Institut d'Estudis Espacials de Catalunya (IEEC). És l'única autora d'un centre no alemany que figura en aquesta recerca publicada a Nature.

El fenomen té l'origen en les darreres fases de la vida de certs estels, en què una massa semblant a la del nostre Sol es concentra en un volum equivalent al de la Terra. Són els nans blancs.

Les condicions extremes a la superfície d'aquests estels tan densos provoquen que el material acumulat a la superfície exploti i sigui expulsat a l'espai exterior. Això provoca un augment de la seva lluminositat i posteriorment al cel s'hi pot observar una nova estrella, el que s'anomena nova.

Les fases inicials de l'explosió d'una nova s'havien previst fa anys de manera teòrica. Les altes temperatures provocades per l'explosió causarien una intensa i breu emissió de raigs X, l'anomenada bola de foc inicial. Tot això abans que la seva expansió i la baixada de la temperatura facin evolucionar l'astre cap a una gran esfera que emet en llum visible i que, per tant, es pot veure des de la Terra.

El procés s'ha reproduït en aquesta breu animació elaborada a la FAU:

Però Glòria Sala especifica les dificultats per observar aquesta explosió de raigs X:

"Aquesta fase de bola de foc és molt breu i es dona hores abans de l'aparició de l'estrella al cel. Per tant, detectar els raigs X abans de la descoberta de la font és complicat."

Una missió russo-alemanya

I aquí hi entra l'atzar, que ha beneficiat els investigadors. El telescopi de raigs X eROSITA, desenvolupat a l'Institut Max Planck de Física Extraterrestre de Garching, Alemanya --el seu nom és l'acrònim d'extended ROentgen Survey with an Imaging Telescope Array--, va ser llençat el juliol del 2019 des del cosmòdrom de Baikonur, situat al Kazakhstan, però sota control rus. El telescopi forma part de la missió russo-alemanya Spectrum-X-Gamma, que té com a objectiu fer un mapa global del cel en raigs X.

L'eROSITA es troba en un dels punts de Lagrange, l'L2, on l'atracció gravitatòria de la Terra i la del Sol s'equilibren i permeten als satèl·lits mantenir una posició fixa. Cada quatre hores escaneja una franja del cel, i en sis mesos elabora un mapa complet.

Abans que la invasió d'Ucraïna acabés amb la col·laboració entre Alemanya i Rússia, l'eROSITA havia obtingut quatre mapes complets. I mentre feia el segon, concretament el 7 de juliol del 2020, es va detectar una nova font de raig X molt brillant, que va durar unes poques hores.

Una setmana més tard, des de la Terra era visible una nova estrella: Nova Reticuli 2020, situada a uns 8.100 anys llum de nosaltres.

La investigació d'aquestes explosions permet estudiar alguns aspectes de l'evolució química de la nostra galàxia, com ara el procés que ha portat a la gran varietat i a la distribució d'elements químics. De moment, aquest treball confirma les previsions teòriques, com explica Glòria Sala:

"Les característiques de la radiació de raigs X que hem detectat amb l'eROSITA coincideixen amb el que prediu la teoria per a aquesta fase de l'explosió, i confirmen, per tant, que es tracta de la peça del puzzle que estàvem cercant."

Una casualitat ben aprofitada

Com hem dit, en el descobriment hi ha jugat un paper l'atzar. Però com afirma Frederick Walter, de la Universitat Stony Brook de Nova York, en un comentari publicat en el mateix número de Nature, "cal un bon observador per veure alguna cosa inusual i interpretar-la com a digna d'atenció".

Walter explica que molts descobriments astronòmics encara depenen molt de la serendipitat, com s'anomenen els descobriments causals i inesperats. Però afegeix que l'equip alemany amb presència catalana "ha transformat la serendipitat en èxit caracteritzant de forma correcta els raigs X, detectats només 35,8 segons, com a producte de l'explosió d'un nan blanc".

Efectivament, l'explosió només va estar dins del camp de visió del telescopi durant aquests 35,8 segons. Poc més de mig minut molt ben aprofitat pels investigadors. No només van confirmar les prediccions fetes fa més de tres dècades, sinó que també van poder fer estimacions sobre el temps passat entre la reacció termonuclear i l'aparició de radiació, i sobre la massa de l'estel.

Per Walter, l'estudi és el resultat de la feina "d'un equip astut", que va fer una complicada anàlisi de dades. La font de raigs X era massa brillant perquè el detector la pogués captar amb facilitat. I tot això, conclou, es va obtenir "amb 35,8 segons en el punt de mira".