Géminis South captura Nova ultra caliente con química inesperada

Un equipo de astrónomos, incluido el profesor de regentes de la Universidad Estatal de Arizona, Sumner Starrfield, descubre una erupción excepcionalmente calurosa y violenta a través del primer análisis de infrarrojo de una nova recurrente extragaláctica.

Los resultados de su estudio se han publicado recientemente en los avisos mensuales de la Royal Astronomical Society.

Las explosiones de Nova ocurren en los sistemas de estrellas binarias donde un enano blanco, un remanente denso de una estrella fallecida, acumula de manera contrinalmente material estelar de una estrella complementaria cercana. A medida que la atmósfera exterior del Compañero se acumula en la superficie del enano blanco, las temperaturas se elevan a un umbral crítico, lo que provoca una erupción explosiva.

La mayoría de las novas observadas estallan solo una vez, pero un subconjunto, clasificado como nova recurrente, experimenta múltiples erupciones sobre diferentes escalas de tiempo, que van desde un año a varias décadas.

Se han identificado menos de una docena de novas recurrentes dentro de la Vía Láctea, mientras que existen significativamente más en entornos extragalácticos. Estudiar estas novas extragalácticas proporciona a los astrónomos ideas críticas sobre cómo las diferentes condiciones astrofísicas influyen en las erupciones de Nova.

La primera nova recurrente extragaláctica, LMC 1968-12A (LMC68), se identificó en la gran nube magellanica, una galaxia satelital de la Vía Láctea. Con un intervalo de recurrencia de aproximadamente cuatro años, el tercer más corto registrado, LMC68 consiste en un enano blanco combinado con una estrella acompañante subgigante roja. Desde su descubrimiento en 1968, los astrónomos han observado sus erupciones con el aumento de la regularidad, particularmente desde 1990.

La erupción más reciente de LMC68 ocurrió en agosto de 2024, inicialmente detectada por el Observatorio Swift Neil Gehrels, que ha realizado monitoreo mensual desde la erupción de Nova 2020. Anticipando este evento basado en el patrón de recurrencia establecido de LMC68, los astrónomos capturaron observaciones oportunas.

Nueve días después del estallido inicial, los estudios de seguimiento se realizaron utilizando el telescopio Magellan Baade de la Institución Carnegie, con observaciones adicionales realizadas 22 días después utilizando Gemini South Telescope, parte del Observatorio Internacional de Géminis, financiado en parte por la Fundación Nacional de Ciencias de los Estados Unidos (NSF) y operadas por NSF Noirlab.

Empleando técnicas espectroscópicas, los investigadores analizaron la luz infrarroja casi de LMC68 para estudiar la fase ultra caliente de la Nova, caracterizada por la excitación extrema de varios elementos. Esta investigación representa el primer estudio espectroscópico de infrarrojo cercano de una nova recurrente extragaláctica.

Después de su erupción, la luminosidad de LMC68 disminuyó rápidamente; Sin embargo, el instrumento Flamingos-2 en Géminis South detectó una fuerte señal de emisión de silicio ionizado, específicamente de átomos que habían perdido nueve de sus 14 electrones, un proceso que requería una entrada de energía sustancial a través de colisiones de radiación o alta velocidad.

Los datos espectroscópicos anteriores de Magellan revelaron que la emisión de infrarrojo cercano de silicio ionizado fue 95 veces más intensa que la producción de energía total del Sol en todas las longitudes de onda (rayos X, ultravioleta, visible, infrarrojo y radio). Aunque esta emisión disminuyó en las observaciones de Géminis posteriores, el silicio seguía siendo la característica espectral dominante.

“Esta sorprendente ausencia, combinada con la presencia y la gran fuerza de la firma de silicio, implicaba una temperatura de gas inusualmente alta, que nuestra modelaje confirmó”, dijo Starrfield, profesor de la Escuela de Earth y Exploración Espacial de ASU.

“El silicio ionizado que brilla a casi 100 veces más brillante que el sol no tiene precedentes”, dijo Tom Geballe, astrónomo emérito de Noirlab. “Y aunque esta señal es impactante, también es impactante lo que no está allí”.

A diferencia de las novas de la Vía Láctea, que generalmente exhibe múltiples firmas de infrarrojo cercano de elementos altamente excitados, el espectro de LMC68 muestra solo silicio ionizado.

El equipo de investigación estima que en la fase temprana posterior a la explosión, el gas expulsado de LMC68 alcanzó temperaturas de aproximadamente 3 millones de grados Celsius (5.4 millones de grados Fahrenheit), lo que lo convierte en una de las novas más calientes registradas. Esta temperatura extrema sugiere una erupción excepcionalmente violenta, probablemente influenciada por el entorno astrofísico de la Nova.

La gran nube magelánica exhibe una metalicidad más baja que la Vía Láctea, lo que significa que contiene menos elementos más pesados ​​que el hidrógeno y el helio. En ambientes de alta metalicidad, los elementos pesados ​​atrapan el calor en la superficie del enano blanco, lo que desencadena erupciones antes en el proceso de acumulación. Sin embargo, se acumulan cantidades más significativas de material antes de la ignición en condiciones de baja metalicidad, lo que resulta en estallidos más explosivos. Además, las interacciones entre el gas expulsado y la atmósfera del subgiant rojo acompañante probablemente generaron poderosos choques, elevando aún más las temperaturas.

Antes de recopilar datos de observación, Starrfield planteó la hipótesis de que la acumulación de baja metalicidad en un enano blanco produciría explosiones de Nova más violentas. Los hallazgos de este estudio se alinean estrechamente 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”.

Más información

Esta investigación se presentó en un artículo titulado “Espectroscopía de infrarrojo cercano de la LMC Nova LMCN 1968-12a” que aparece en el Avisos mensuales de la Royal Astronomical Society. Doi: 10.1093/mnras/stae2711

El equipo está compuesto por A. Evans (Universidad de Keele), DPK Banerjee (Laboratorio de Investigación Física, Ahmedabad), TR Geballe (Observatorio Internacional de Gemini/NSF Noirlab), A. Polin (Universidad de Purdue), Ey Hsiao (Universidad Estatal de Florida), KL Page (Universidad de Leicester), CE Woodward (Universidad de Minnesota), S. Starrfield (Arizona State).

NSF NOIRLab, the US National Science Foundation center for ground-based optical-infrared astronomy, operates the International Gemini Observatory (a facility of NSF, NRC–Canada, ANID–Chile, MCTIC–Brazil, MINCyT–Argentina, and KASI–Republic of Korea), NSF Kitt Peak National Observatory (KPNO), NSF Cerro Tololo Inter-American Observatorio (CTIO), el Centro de Ciencias y Datos de la Comunidad (CSDC) y el Observatorio NSF -Doe Vera C. Rubin (en cooperación con el Laboratorio Nacional Acelerador SLAC del DOE). Es administrado por la Asociación de Universidades para la Investigación en Astronomía (Aura) bajo un acuerdo cooperativo con NSF y tiene su sede en Tucson, Arizona.

La comunidad científica tiene el honor de tener la oportunidad de realizar investigaciones astronómicas sobre I’oligam du’ag (Kitt Peak) en Arizona, en Maunakea en Hawai, y en Cerro Tololo y Cerro Pachón en Chile. Reconocemos y reconocemos el muy significativo papel cultural y la reverencia de I’oligam du’ag a la nación Tohono O’odham, y Maunakea hacia Kanaka Maoli (Native Hawaians) Comunidad.