Gemini South observa a Nova ultra caliente en erupción con sorprendente firma química

Las explosiones de Nova ocurren en los sistemas de estrellas binarias en los que un enano blanco, el denso remanente de una estrella muerta, es un material estelar de una estrella acompañante cercana. A medida que la atmósfera exterior del compañero se reúne en la superficie del enano blanco, alcanza las temperaturas lo suficientemente calientes como para provocar una erupción.

Casi todas las novas descubiertas hasta la fecha se ha observado que estallan solo una vez. Pero se ha observado que algunos estallan más de una vez, y se clasifican como novas recurrentes. El lapso entre las erupciones para estas novas puede variar de tan solo un año a muchas décadas.

Se han observado menos de una docena de novas recurrentes dentro de nuestra galaxia de la Vía Láctea, mientras que mucho más son extragalácticas, lo que significa ubicado fuera de la Vía Láctea. Estudiar novas extragalácticas ayuda a construir la comprensión de los astrónomos de cómo los diferentes entornos afectan las erupciones de Nova.

La primera nova extragaláctica recurrente que se observó fue LMC 1968-12a (LMC68), ubicada en la gran nube magelánica, una galaxia satélite de la Vía Láctea. Esta Nova tiene una escala de tiempo recurrente de aproximadamente cuatro años, la tercera más breve de cualquier Nova, y consiste en un enano blanco y un subgigante rojo acompañante (una estrella mucho más grande que el sol). Fue descubierto en 1968 y sus erupciones se han observado con bastante regularidad desde 1990.

Su erupción más reciente, en agosto de 2024, fue capturada por primera vez por el Observatorio Swift Neil Gehrels, que ha estado monitoreando de cerca el Nova cada mes desde su erupción de 2020. Dada su conocida escala de tiempo recurrente, los astrónomos anticipaban esta erupción, y LMC68 entregó directamente en la señal.

Las observaciones de seguimiento se realizaron nueve días después del arrebato inicial con el telescopio Magellan Baade de la Institución Carnegie, y 22 días después del estallido inicial con el Telescopio Sur de Géminis, la mitad del Observatorio Internacional de Géminis.

Utilizando la técnica de espectroscopía, el equipo observó la luz infrarroja casi de LMC68, lo que les permitió estudiar la fase ultra caliente de la Nova durante la cual muchos elementos han sido altamente energizados. Al estudiar esta fase, los astrónomos pueden aprender sobre los procesos más extremos en juego en la erupción. Este estudio es la primera observación espectroscópica de infrarrojo cercano de una nova recurrente extragaláctica.

Después de su erupción inicial, la luz de LMC68 se desvaneció rápidamente, pero el instrumento Flamingos-2 de Géminis South todavía capturó una fuerte señal de los átomos de silicio ionizados, específicamente átomos de silicio que han sido despojados de nueve de sus 14 electrones, lo que requiere increíbles cantidades de energía en forma de radiación o colisiones violentas.

En el espectro anterior de Magellan, la luz de infrarrojo cercano desde el silicio ionizado solo brillaba 95 veces más brillante que la luz emitida por el sol agregada a través de todas sus longitudes de onda (rayos X, ultravioleta, visible, infrarroja y radio). Cuando Géminis observó la línea varios días después, la señal se había desvanecido, pero la emisión de silicio aún dominaba el espectro.

“El silicio ionizado que brilla a casi 100 veces más brillante que el sol no tiene precedentes”, dice Tom Geballe, Noirlab Emeritus Astronomer y coautor del periódico que aparece en el Avisos mensuales de la Royal Astronomical Society. “Y aunque esta señal es impactante, también es impactante lo que no está allí”.

Novae encontradas en la Vía Láctea típicamente emiten numerosas firmas de infrarrojo cercano de elementos altamente excitados, pero los espectros de LMC68 contenían solo la característica de silicio ionizada. “Habríamos esperado también ver firmas de azufre altamente energizado, fósforo, calcio y aluminio”, dice Geballe.

“Esta sorprendente ausencia, combinada con la presencia y gran fuerza de la firma de silicio, implicaba una temperatura de gas inusualmente alta, que confirmó nuestro modelado”, agrega el coautor Sumner Starrfield, profesor de astrofísica de la Universidad Estatal de Arizona.

El equipo estima que, durante la fase temprana posterior a la explosión de la Nova, la temperatura del gas expulsado alcanzó los 3 millones de grados centígrados (5,4 millones de grados Fahrenheit), lo que lo convirtió en una de las novas más calientes jamás registradas. Esta temperatura extrema sugiere una erupción altamente violenta, que el equipo teoriza se debe a las condiciones del entorno de la Nova.

La gran nube magelánica y sus estrellas tienen una metalicidad más baja que la Vía Láctea, lo que significa que contiene una menor abundancia de elementos más pesados ​​que el hidrógeno y el helio, denominado metales por los astrónomos. En los sistemas de alta metalicidad, los elementos pesados ​​atrapan el calor en la superficie del enano blanco de tal manera que las erupciones ocurran temprano en el proceso de acumulación.

Pero sin estos elementos pesados, más materia se acumula en la superficie del enano blanco antes de que se calienta lo suficiente como para encenderse, lo que hace que la explosión estalle con una violencia mucho mayor. Además, el gas expulsado choca con la atmósfera del Subgigante Rojo Compañero, causando un gran choque que eleva las temperaturas en la colisión.

Antes de recopilar sus datos, Starrfield predijo que la acumulación del material de baja metalicidad en un enano blanco daría como resultado una explosión de Nova más violenta. Las observaciones y el análisis presentados aquí están ampliamente de acuerdo con esa predicción.

“Con solo un pequeño número de novas recurrentes detectadas dentro de nuestra propia galaxia, la comprensión de estos objetos ha progresado episódicamente”, dice Martin Still, director del programa NSF para el Observatorio Internacional de Géminis. “Al ampliar nuestro rango a otras galaxias utilizando los telescopios astronómicos más grandes disponibles, como Gemini South, los astrónomos aumentarán la tasa de progreso y medirán críticamente el comportamiento de estos objetos en diferentes entornos químicos”.