IMP de Física Nuclear

Luz gamma de una nova  

Con el observatorio H.E.S.S. y el satélite Fermi, los investigadores rastrean la erupción de RS Ophiuchi

11 de marzo de 2022

Por primera vez, ha sido posible observar el estallido de una nova en luz gamma de muy alta energía y seguir el resplandor y el posterior desvanecimiento durante un período de un mes. Los investigadores combinaron los datos del observatorio H.E.S.S. con los del satélite Fermi y obtuvieron información sobre los procesos subyacentes a la emisión de rayos gamma. Los científicos se sorprendieron al descubrir que la nova aparentemente acelera las partículas hasta el límite teórico.

En la constelación de Ofiuco (el Portador de la Serpiente) hay un sistema estelar doble llamado "RS Ophiuchi", a unos 7500 años luz de distancia, que consiste en una enana blanca y una gigante roja. Su separación es solo una vez y media la distancia entre la Tierra y el Sol, lo suficientemente cerca como para que la enana blanca extraiga continuamente materia de la atmósfera de su compañero.

En algunos casos, se acumula suficiente material en la superficie de la enana blanca para que la fuerte gravedad encienda una explosión termonuclear. Entre 1898 y 2006, los astrónomos han observado previamente ocho de estos estallidos de novas de RS Ophiuchi. El 8 de agosto de 2021 se produjo otro estallido que fue visible incluso a simple vista.

A partir de la noche siguiente, H.E.S.S. puso su mirada en la estrella y de hecho fue capaz de detectarla. "Esta es la primera observación de una nova en radiación gamma de muy alta energía", dice Alison Mitchell de la Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg e investigadora principal del programa H.E.S.S Nova. Durante un período sin precedentes de un mes, con un breve período de interrupción alrededor de la luna llena, H.E.S.S. pudo rastrear la luminosidad evolutiva de la nova.

Complementando las observaciones de H.E.S.S. fueron las mediciones de rayos gamma de menor energía por el satélite Fermi. La combinación de datos de los dos instrumentos reveló información única sobre los procesos subyacentes a la emisión de rayos gamma y su evolución. En ambos rangos de energía, la tasa de rayos gamma recibidos por los instrumentos muestra un período de aumento constante antes de decaer a la misma velocidad.



Explosión en el espacio: Impresión artística del sistema binario enana blanca y gigante roja siguiendo el estallido de una nova como RS Ophiuchi. El material expulsado de la superficie de la enana blanca genera ondas de choque que se expanden rápidamente, formando una forma de reloj de arena. Las partículas se aceleran en estos frentes de choque, que chocan con el denso viento de la estrella gigante roja para producir fotones de rayos gamma de muy alta energía.


  Aumentar imagen

Explosión en el espacio: Impresión artística del sistema binario enana blanca y gigante roja siguiendo el estallido de una nova como RS Ophiuchi. El material expulsado de la superficie de la enana blanca genera ondas de choque que se expanden rápidamente, formando una forma de reloj de arena. Las partículas se aceleran en estos frentes de choque, que chocan con el denso viento de la estrella gigante roja para producir fotones de rayos gamma de muy alta energía.


[menos]

Sin embargo, el pico en la emisión medida por H.E.S.S. se retrasó con respecto al rango de energía de Fermi en dos días. Además, los espectros de energía medidos por los dos instrumentos son consistentes con una curva continua que evoluciona gradualmente de noche a noche: se vuelve más plana, pero más amplia con el tiempo. Esto sugiere que los rayos gamma observados por Fermi y H.E.S.S. tienen un origen común: partículas aceleradas cuya energía máxima aumenta en los primeros días después de la explosión.

"El escenario más probable es que los protones y otros núcleos se aceleren de manera eficiente en el frente de choque de explosión en expansión y colisionen con material comprimido del viento estelar de la gigante roja. Esto libera rayos gamma", explica Brian Reville del MPI para Física Nuclear, quien desempeñó un papel importante en los cálculos del modelo necesarios para interpretar los datos.

Esto implica que tales estallidos de novas son aceleradores cósmicos eficientes, acelerando partículas a energías que alcanzan su máximo teórico y suministrando a su entorno abundantes partículas de alta energía, una contribución significativa a los rayos cósmicos en el vecindario de la nova. Este hallazgo apoya la teoría prevaleciente de que los choques rápidos de los restos de supernovas jóvenes que se expanden hacia los densos vientos de las estrellas masivas, análogos extremos de la nova RS Ophiuchi, impulsan la producción de los rayos cósmicos galácticos de mayor energía.

El Sistema Estereoscópico de Alta Energía, o H.E.S.S. para abreviar, ubicado en Namibia, consta de cinco telescopios Cherenkov que se utilizan para estudiar rayos gamma cósmicos de muy alta energía. El gran telescopio está equipado con una cámara de última generación (FlashCam) que se desarrolló en parte en el Instituto Max Planck de Física Nuclear en Heidelberg. El diseño de FlashCam se está optimizando aún más para el observatorio de rayos gamma de próxima generación, el Cherenkov Telescope Array (CTA). "La nueva cámara ha estado en funcionamiento desde finales de 2019, y con esta medición ha demostrado el potencial de esta tecnología", dice Simon Steinmaßl, estudiante de doctorado en el MPI de Física Nuclear, que participó en el análisis de los datos de la cámara.

 
loading content
Go to Editor View