Nuevas imágenes revelan la complejidad de las explosiones estelares

Un equipo internacional de astrónomos obtuvo imágenes de alta resolución de dos explosiones estelares, conocidas como novae, que comenzaron a ser observadas días después de su inicio. Estas nuevas observaciones confirmaron que estas erupciones son eventos mucho más complejos de lo que se pensaba anteriormente. En lugar de ser una única explosión, las novae pueden emitir múltiples flujos de material y, en algunos casos, retrasar la expulsión de material de manera dramática.

Los hallazgos fueron reportados en la revista Nature Astronomy. El equipo utilizó interferometría en el Centro para la Astronomía de Alta Resolución Angular (CHARA Array) en California, una técnica que combina la luz de varios telescopios para crear imágenes extremadamente nítidas. Esta resolución permitió capturar directamente estos eventos de rápida evolución.

"Las imágenes nos brindan una vista cercana de cómo se expulsa material de la estrella durante la explosión", afirmó Gail Schaefer, directora del CHARA Array. "Captar estos eventos transitorios requiere flexibilidad para adaptar nuestro horario nocturno a medida que se descubren nuevos objetivos de oportunidad".

¿Qué es una Nova y por qué son importantes las ondas de choque?

Una nova ocurre en un sistema binario cercano cuando una enana blanca, el núcleo denso restante de una estrella, extrae gas de una estrella compañera cercana. A medida que el material robado se acumula, puede encenderse en una reacción nuclear descontrolada, provocando un brillo repentino en el cielo. Hasta hace poco, los astrónomos debían reconstruir las primeras etapas de estas explosiones de manera indirecta, ya que los escombros en expansión parecían un único punto de luz.

Ver cómo el material es expulsado y cómo interactúa es clave para explicar cómo se forman las ondas de choque en las novae. Estas ondas de choque fueron vinculadas a las novae por el telescopio de rayos gamma Fermi de NASA. Durante sus primeros 15 años, el Fermi-LAT detectó emisiones de GeV de más de 20 novae, demostrando que estas erupciones pueden producir rayos gamma en nuestra galaxia y apuntando a su potencial como fuentes de múltiples mensajeros.

Comportamientos diferentes en dos novae de 2021

El equipo se centró en dos novae que estallaron en 2021 y descubrió que se comportaron de maneras notablemente diferentes. La nova V1674 Herculis fue una de las más rápidas registradas, aumentando y disminuyendo su brillo en cuestión de días. Las imágenes revelaron dos flujos de gas separados moviéndose en direcciones perpendiculares, lo que indica que el evento involucró múltiples eyecciones interactuando entre sí. El momento fue especialmente revelador: los nuevos flujos aparecieron en las imágenes mientras el telescopio de rayos gamma Fermi también detectaba rayos gamma de alta energía, conectando directamente la radiación impulsada por las ondas de choque con esos flujos colisionantes.

Por otro lado, la nova V1405 Cassiopeiae se desarrolló de manera mucho más lenta. Retuvo inesperadamente sus capas exteriores durante más de 50 días antes de liberarlas, ofreciendo la evidencia más clara hasta ahora de una expulsión retrasada en una nova. Cuando ese material finalmente se liberó, generó nuevas ondas de choque, y nuevamente el Fermi observó rayos gamma asociados a la renovada violencia.

"Estas observaciones nos permiten ver una explosión estelar en tiempo real, algo que es muy complicado y que se pensó que sería extremadamente desafiante", comentó Elias Aydi, autor principal del estudio y profesor de física y astronomía en Texas Tech University. "En lugar de ver solo un simple destello de luz, ahora estamos descubriendo la verdadera complejidad de cómo se desarrollan estas explosiones. Es como pasar de una foto en blanco y negro granulada a un video en alta definición".

Interferometría revela la estructura y espectros confirman los detalles

La capacidad de ver tal estructura fina proviene de la interferometría, la misma técnica utilizada para ayudar a obtener imágenes del agujero negro en el centro de nuestra galaxia. El equipo también comparó las imágenes con espectros de instalaciones importantes como Gemini. Esos espectros rastrearon las firmas cambiantes en el gas expulsado, y nuevas características espectrales coincidieron con las estructuras observadas en las imágenes interferométricas, proporcionando una confirmación directa de cómo se estaban formando y colisionando los flujos.

"Este es un salto extraordinario hacia adelante", afirmó John Monnier, profesor de astronomía en la University of Michigan, coautor del estudio y experto en imágenes interferométricas. "El hecho de que ahora podamos observar explosiones estelares y ver inmediatamente la estructura del material que se expulsa al espacio es notable. Abre una nueva ventana a algunos de los eventos más dramáticos del universo".

¿Qué cambia esto sobre las explosiones estelares y los rayos gamma?

Los hallazgos muestran que las novae pueden ser mucho más complicadas que una única erupción repentina. También ayudan a explicar por qué estos eventos generan fuertes choques que producen luz de alta energía, incluidos los rayos gamma. El telescopio Fermi de NASA ha sido fundamental para descubrir esa conexión, convirtiendo a las novae en laboratorios del mundo real para estudiar la física de choques y la aceleración de partículas.

"Las novae son más que fuegos artificiales en nuestra galaxia: son laboratorios para la física extrema", afirmó Laura Chomiuk, coautora de Michigan State University y experta en explosiones estelares. "Al ver cómo y cuándo se expulsa el material, finalmente podemos conectar los puntos entre las reacciones nucleares en la superficie de la estrella, la geometría del material expulsado y la radiación de alta energía que detectamos desde el espacio".

En general, los resultados desafían la idea de larga data de que las erupciones de novae son eventos únicos e impulsivos. Las observaciones, en cambio, apuntan a múltiples formas en que una nova puede desarrollarse, incluyendo varias eyecciones y la liberación retrasada de la envoltura exterior de la estrella, reconfigurando la comprensión de los científicos sobre estos episodios explosivos.

"Esto es solo el comienzo", concluyó Aydi. "Con más observaciones como estas, finalmente podemos comenzar a responder grandes preguntas sobre cómo viven, mueren y afectan su entorno las estrellas. Las novae, que alguna vez se vieron como explosiones simples, están resultando ser mucho más ricas y fascinantes de lo que imaginamos".