La sonda Einstein Probe detecta un centelleig de raigs X provinent d'un inusual duo estel·lar

La sonda espacial Einstein Probe, equipada amb una innovadora tecnologia inspirada en els ulls de les llagostes, ha detectat un centelleig de raigs X procedent d'un parell d'objectes celestes poc comuns. Aquest descobriment, dirigit per l'Institut de Ciències de l'Espai (#ICE-#CSIC), ofereix una nova perspectiva sobre com evolucionen i interactuen les estrelles massives. A més, posa de manifest la capacitat única d'aquesta missió per a identificar fonts transitòries de raigs X en el cel. Els resultats han estat publicats avui en The Astrophysical Journal Letters.

El sistema estel·lar descobert està compost per una estrella gegant calenta, més de deu vegades la grandària del Sol, i una nana blanca compacta amb una massa similar a la de la nostra estrella. Aquest tipus de sistemes són extremadament estranys, i aquesta és la primera vegada que s'ha pogut seguir l'emissió de raigs X d'una parella així des de la seva explosió inicial fins a la seva desaparició.

El 27 de maig de 2024, el Wide-field X-ray Telescope (WXT) de la sonda Einstein Probe va detectar un senyal de raigs X procedent d'una galàxia pròxima a la Via Làctia: el Petit Núvol de Magallanes (SMC, per les seves sigles en anglès). Per a determinar l'origen d'aquest fenomen, els investigadors van dirigir el Follow-up X-ray Telescope (FXT) de la mateixa sonda cap a la nova font de raigs X, denominada EP J0052.

La detecció va portar a altres telescopis espacials, com Swift i NICER de la NASA, a observar el fenomen. XMM-Newton, l'observatori de raigs X de l'AQUESTA, va realitzar un seguiment 18 dies després de l'explosió.

"Estàvem a la recerca de fonts transitòries quan trobem aquest nou punt de llum de raigs X en el SMC. Ens vam adonar que estàvem observant una cosa única, alguna cosa que només Einstein Probe podia captar", explica Alessio Marí, investigador postdoctoral del #ICE-#CSIC i autor principal de l'estudi.

Segons Marí, entre tots els telescopis actuals que monitoren el cel en raigs X, WXT és l'únic capaç de detectar emissions de baixa energia amb la sensibilitat suficient per a identificar aquesta nova font.

Inicialment, els investigadors van pensar que EP J0052 podia ser un sistema binari comú, format per una estrella de neutrons que absorbeix material d'una estrella massiva companya. No obstant això, alguna cosa en les dades indicava que es tractava d'un fenomen diferent.

L'anàlisi detallada de la llum de raigs X durant sis dies va revelar la presència d'elements com a nitrogen, oxigen i neó en el material expulsat per l'explosió, la qual cosa va proporcionar informació clau sobre la naturalesa del sistema.

"Ens vam adonar ràpidament que estàvem davant un descobriment excepcional", comenta Marí. "Aquest duo estel·lar poc comú està compost per una estrella massiva tipus Be, amb una massa 12 vegades la del Sol, i una nana blanca, un objecte hiperdenso amb una massa similar a la de la nostra estrella".

Les dues estrelles orbiten molt a prop una de l'altra, i la intensa gravetat de la nana blanca extreu material de la seva companya. A mesura que l'hidrogen s'acumula en la nana blanca, la seva gran densitat el comprimeix fins a deslligar una reacció nuclear descontrolada, generant un centelleig de llum en diverses longituds d'ona, des de l'espectre visible fins als raigs X i ultraviolats.

Aquest sistema binari planteja una qüestió intrigant: les estrelles Be solen esgotar el seu combustible nuclear en uns 20 milions d'anys, mentre que la seva companya, la nana blanca, és el romanent d'una estrella similar al Sol que, de haver desenvolupat de forma aïllada, podria haver viscut milers de milions d'anys.

Si ambdues es van formar juntes, com és possible que l'estrella Be continuï brillant mentre que la seva companya ja ha mort i s'ha convertit en una nana blanca?

Els investigadors creuen que el sistema va començar com un parell d'estrelles massives amb 6 i 8 vegades la massa del Sol. L'estrella més gran va consumir el seu combustible primer i va cedir material a la seva companya, que va créixer fins a aconseguir la seva massa actual de 12 masses solars. Al final del procés, el nucli de l'estrella que va perdre la seva massa va col·lapsar, donant lloc a la nana blanca que ara continua absorbint material de l'estrella Be.

"Aquest estudi ens permet entendre una fase poc observada de l'evolució estel·lar, resultat d'un complex intercanvi de matèria entre les dues estrelles", assenyala Ashley Chrimes, astrònoma de l'AQUESTA. "És fascinant veure com la interacció entre estrelles massives pot donar lloc a un sistema tan inusual".

Divuit dies després de la detecció inicial d'Einstein Probe, la missió XMM-Newton de l'AQUESTA va deixar de registrar el senyal de EP J0052, la qual cosa indica que l'explosió va ser breu.

La durada de l'esdeveniment i la presència d'elements com a neó i oxigen suggereixen que la nana blanca és inusualment massiva, amb un 20% més de massa que el Sol. Es troba prop del límit de Chandrasekhar, el punt en el qual una nana blanca col·lapsaria en una estrella de neutrons o explotaria com una supernova.

"Les explosions de sistemes binaris de nanes blanques tipus Be han estat extremadament difícils de detectar, ja que requereixen observacions de raigs X de baixa energia. Gràcies a Einstein Probe, ara podem identificar-les i entendre millor l'evolució de les estrelles massives", conclou Erik Kuulkers, científic del projecte Einstein Probe de l'AQUESTA.