Descifran señales cósmicas misteriosas gracias a un sistema estelar inusual

Un equipo de astrónomos logró descifrar el misterio detrás de una extraña clase de señales cósmicas repetitivas que había desconcertado a la comunidad científica durante años. Utilizando el radiotelescopio ASKAP en Australia, los investigadores rastrearon estas explosiones hasta un raro par estelar donde un denso enano blanco está robando material de un compañero enano rojo. A medida que la materia sustraída se espirala hacia adentro, el sistema emite potentes ondas de radio y rayos X cada 1.4 horas.

Este descubrimiento fue realizado por un equipo internacional liderado por científicos de la Universidad de Sídney, cuyos hallazgos identificaron el origen de una clase poco común de objetos conocidos como transitorios de radio de largo periodo, unas misteriosas ráfagas de ondas de radio que han desconcertado a los astrónomos desde su detección inicial en solo unos pocos lugares de la Vía Láctea.

Los resultados fueron publicados en la revista Nature Astronomy. El autor principal, Kovi Rose, un estudiante de doctorado en la Escuela de Física de la Universidad de Sídney y en CSIRO, comentó que el equipo finalmente pudo conectar una de estas señales enigmáticas a un tipo específico de sistema estelar. "Por primera vez hemos localizado el origen de estas señales, confirmando que provienen de un 'variable cataclísmico', o un enano blanco en proceso de acreción", expresó Rose.

Los transitorios de radio de largo periodo han desconcertado a los astrónomos durante años. Hasta ahora, solo se habían encontrado alrededor de una docena, y sus orígenes eran inciertos. Ahora, el equipo demostró que la fuente de uno de estos transitorios proviene de un enano blanco que extrae activamente material de una estrella compañera.

El sistema recién identificado, denominado ASKAP J1745-5051, consiste en un enano blanco y un enano rojo que orbitan extremadamente cerca. Un enano blanco es el remanente denso de una estrella muerta, aproximadamente del tamaño de la Tierra pero con una masa comparable a la del Sol. Su compañero es una estrella enana roja, más grande pero menos densa, que contiene aproximadamente una décima parte de la masa del Sol.

Ambas estrellas giran una alrededor de la otra en poco más de una hora. A medida que el enano blanco extrae gas de su compañero, el material se calienta y emite rayos X. Al mismo tiempo, las interacciones entre los campos magnéticos de las estrellas generan potentes ráfagas de radio. Juntas, estas emisiones se repiten en un ciclo regular cada 1.4 horas.

"Estas emisiones están todas ligadas al movimiento orbital del sistema", explicó Rose. "Pero curiosamente, las señales de radio y rayos X no alcanzan su punto máximo al mismo tiempo, lo que indica que se producen en diferentes regiones del sistema".

Los investigadores encontraron que las ondas de radio probablemente se generan donde los campos magnéticos de las estrellas chocan e interactúan con el flujo de material cargado que se dirige hacia el enano blanco. Este proceso crea ráfagas de radiación altamente enfocadas que se propagan por el espacio.

Cuando se descubrieron los transitorios de radio de largo periodo, muchos astrónomos sospecharon que podrían ser estrellas de neutrones inusualmente lentas, conocidas como púlsares. Sin embargo, los modelos existentes sugieren que las estrellas de neutrones que giran tan lentamente no deberían ser capaces de producir estas señales. Los nuevos hallazgos apoyan una explicación diferente. Al menos algunos de estos transitorios parecen originarse en sistemas estelares binarios que involucran enanos blancos.

Algunos objetos similares habían sido vinculados a sistemas binarios antes, pero este es el primero en el que se pueden observar claramente ambas estrellas y el proceso de acreción en acción, afirmó Professor Tara Murphy, Jefa de la Escuela de Física de la Universidad de Sídney y Jefa de Investigación en el ARC Centre of Excellence for Gravitational Wave Discovery (OzGrav).

El sistema es también el segundo transitorio de radio de largo periodo conocido que produce rayos X regulares. Es el primer ejemplo en el que los científicos han confirmado exactamente qué causa el comportamiento periódico.

Los investigadores creen que ASKAP J1745-5051 podría convertirse en un objeto de referencia importante para entender otros transitorios de radio misteriosos. El sistema fue descubierto utilizando el ASKAP, un radiotelescopio de propiedad y operación de CSIRO, la agencia nacional de ciencia de Australia. ASKAP combina un amplio campo de visión, alta resolución y excepcional sensibilidad, lo que lo hace particularmente efectivo para detectar señales inusuales que de otro modo podrían pasar desapercibidas.

"Este sistema nos proporciona una forma de decodificar estas señales. Podría ayudarnos a determinar si otros transitorios de largo periodo son más similares a los púlsares o a los sistemas de enanos blancos, actuando como una piedra de Rosetta estelar", dijo Rose, haciendo referencia al objeto arqueológico descubierto en Egipto que ayudó a traducir jeroglíficos antiguos.

Además de ayudar a explicar señales de radio misteriosas, el sistema también ofrece a los científicos una rara oportunidad de estudiar condiciones físicas extremas que no pueden ser recreadas en laboratorios en la Tierra.

"Estos sistemas son laboratorios naturales", afirmó Rose. "Nos permiten poner a prueba nuestra comprensión de cómo se comporta la materia en campos magnéticos fuertes y bajo fuerzas gravitacionales intensas".

El equipo planeó continuar estudiando el sistema utilizando telescopios de radio, ópticos y de rayos X. Al combinar observaciones a través de diferentes longitudes de onda, esperan comprender mejor cómo se producen estas señales y si mecanismos similares pueden explicar la población más amplia de transitorios de radio de largo periodo.

"Cada nuevo descubrimiento nos ayuda a armar el panorama más amplio", concluyó Rose. "Apenas estamos comenzando a entender esta nueva clase de eventos cósmicos".

La colaboración internacional incluyó investigadores de Australia, Estados Unidos, China, Canadá, España e Israel. Las observaciones se llevaron a cabo utilizando el ASKAP y el Australia Telescope Compact Array en Australia, el radiotelescopio MeerKAT en Sudáfrica, los telescopios ópticos SOAR y Magellan en Chile, y los observatorios espaciales Swift (UV/X-ray) y Einstein Probe (X-ray).

Los autores no reportaron intereses en conflicto. La financiación para la investigación fue proporcionada por el Australian Research Council Centre of Excellence for Gravitational Wave Discovery (OzGrav), NASA, la Alfred P. Sloan Foundation, el Professor Harry Messel Research Fellowship in Physics Endowment, el European Research Council, y el China Scholarship Council.