Las observaciones sin precedentes de un estallido de nova en 2018 por un trío de satélites, incluidas dos misiones de la NASA, han capturado la primera evidencia directa de que la mayor parte de la luz visible de la explosión surgió de las ondas de choque: cambios bruscos de presión y temperatura formados en la explosiónescombros.
Una nova es un brillo repentino y de corta duración de una estrella que, de otro modo, pasaría desapercibida. Ocurre cuando una corriente de hidrógeno de una estrella compañera fluye hacia la superficie de una enana blanca, una ceniza estelar compacta no mucho más grande que la Tierra. Fermi de la NASAy los telescopios espaciales NuSTAR, junto con el satélite canadiense BRITE-Toronto y varias instalaciones terrestres, estudiaron la nova.
"Gracias a una nova especialmente brillante y un golpe de suerte, pudimos reunir las mejores observaciones visibles y de rayos gamma de una nova hasta la fecha", dijo Elias Aydi, astrónomo de la Universidad Estatal de Michigan en East Lansing, quiendirigió un equipo internacional de 40 instituciones. "La calidad excepcional de nuestros datos nos permitió distinguir destellos simultáneos tanto en luz óptica como de rayos gamma, lo que proporciona evidencia de armas de fuego de que las ondas de choque juegan un papel importante en el impulso de algunas explosiones estelares".
El estallido de 2018 se originó a partir de un sistema estelar más tarde denominado V906 Carinae, que se encuentra a unos 13,000 años luz de distancia en la constelación de Carina. Con el tiempo, tal vez decenas de miles de años para una llamada nova clásica como V906 Carinae,La profunda capa de hidrógeno de la enana blanca alcanza temperaturas y presiones críticas. Luego estalla en una reacción desbocada que expulsa todo el material acumulado.
Cada explosión de nova libera un total de 10,000 a 100,000 veces la producción de energía anual de nuestro Sol. Los astrónomos descubren alrededor de 10 novas cada año en nuestra galaxia.
Fermi detectó su primera nova en 2010 y ha observado 14 hasta la fecha. Aunque los estudios de radiografías y radiografías mostraron la presencia de ondas de choque en los restos de nova en las semanas posteriores a que las explosiones alcanzaron un brillo máximo, el descubrimiento de Fermi fue una sorpresa.
Los rayos gamma, la forma de luz de mayor energía, requieren procesos que aceleren las partículas subatómicas a energías extremas. Cuando estas partículas interactúan entre sí y con otra materia, producen rayos gamma. Pero los astrónomos no esperaban que las novasser lo suficientemente potente como para producir el grado requerido de aceleración.
Debido a que los rayos gamma aparecen aproximadamente al mismo tiempo que el pico en la luz visible, los astrónomos concluyeron que las ondas de choque juegan un papel más fundamental en la explosión y sus consecuencias.
En 2015, un artículo dirigido por Brian Metzger en la Universidad de Columbia en Nueva York mostró cómo comparar los datos de rayos gamma de Fermi con observaciones ópticas permitiría a los científicos aprender más sobre las ondas de choque nova. En 2017, un estudio dirigido por Kwon-Lok Lien Michigan State descubrió que los rayos gamma generales y las emisiones visibles aumentaron y disminuyeron en una nova conocida como V5856 Sagittarii. Esto implicaba que las ondas de choque producían más luz de la erupción que la enana blanca misma.
Las nuevas observaciones de V906 Carinae, presentadas en un documento dirigido por Aydi y publicado el lunes 13 de abril en Astronomía de la naturaleza , confirma espectacularmente esta conclusión
El 20 de marzo de 2018, la Encuesta Automática de Supernovas All-Sky, un conjunto de dos docenas de telescopios robóticos distribuidos por todo el mundo y operados por la Universidad Estatal de Ohio, descubrió la nova. Al final del mes, V906 Carinae era apenas visible para ela simple vista.
Afortunadamente, un satélite llamado BRITE-Toronto ya estaba estudiando el parche de cielo de la nova. Esta nave espacial en miniatura es uno de los cinco nanosatélites cúbicos de 7.9 pulgadas 20 centímetros que comprende la Constelación Bright Target Explorer BRITE. Operada por un consorcio deuniversidades de Canadá, Austria y Polonia, los satélites BRITE estudian la estructura y la evolución de las estrellas brillantes y observan cómo interactúan con sus entornos.
BRITE-Toronto estaba monitoreando una estrella gigante roja llamada HD 92063, cuya imagen se superponía con la ubicación de la nova. El satélite observó la estrella durante 16 minutos de cada órbita de 98 minutos, devolviendo alrededor de 600 mediciones cada día y capturando el brillo cambiante de la novaen detalle sin igual.
"BRITE-Toronto reveló ocho bengalas breves que se encendieron en el momento en que la nova alcanzó su pico, cada una casi duplicando el brillo de la nova", dijo Kirill Sokolovsky en el estado de Michigan. "Hemos visto indicios de este comportamiento en tierra-mediciones basadas, pero nunca con tanta claridad. Por lo general, controlamos las novas desde el suelo con muchas menos observaciones y, a menudo, con grandes brechas, lo que tiene el efecto de ocultar cambios a corto plazo ".
Fermi, por otro lado, casi se perdió el espectáculo. Normalmente su Telescopio de área grande mapea rayos gamma en todo el cielo cada tres horas. Pero cuando apareció la nova, el equipo de Fermi estaba ocupado resolviendo el primer problema de hardware de la nave espacial en casi 10años de operaciones orbitales: una unidad en uno de sus paneles solares dejó de moverse en una dirección. Fermi volvió a trabajar justo a tiempo para atrapar las últimas tres llamaradas de la nova.
De hecho, V906 Carinae era al menos dos veces más brillante a una energía de mil millones de electronvoltios, o GeV, como cualquier otra nova que Fermi haya observado. En comparación, la energía de la luz visible varía de aproximadamente 2 a 3 voltios de electrones.
"Cuando comparamos los datos de Fermi y BRITE, vemos bengalas en ambos al mismo tiempo, por lo que deben compartir la misma fuente: ondas de choque en los escombros que se mueven rápidamente", dijo Koji Mukai, astrofísico delUniversidad de Maryland, Condado de Baltimore y el Centro de Vuelo Espacial Goddard de la NASA en Greenbelt, Maryland. "Cuando miramos más de cerca, hay una indicación de que las erupciones en los rayos gamma pueden conducir a las erupciones en lo visible. La interpretación natural es que los rayos gammallamaradas impulsaron los cambios ópticos "
El equipo también observó la erupción final de la erupción utilizando el telescopio espacial NuSTAR de la NASA, que es solo la segunda vez que la nave detecta los rayos X durante la emisión de rayos gamma y ópticos de una nova. La salida de rayos gamma GeV de la nova superó con creces la NuSTAREmisión de rayos X, probablemente debido a que la eyección de la nova absorbió la mayoría de los rayos X. La luz de alta energía de las ondas de choque fue absorbida repetidamente y re-irradiada a energías más bajas dentro de los desechos de la nova, en última instancia, solo escapó en longitudes de onda visibles.
Al reunir todas las observaciones, Aydi y sus colegas describen lo que piensan que sucedió cuando V906 Carinae entró en erupción. Durante los primeros días del estallido, el movimiento orbital de las estrellas barrió una espesa nube de escombros hecha de múltiples capas de gas en una rosquilla.forma que parecía aproximadamente de borde desde nuestra perspectiva. La nube se expandió hacia afuera a menos de aproximadamente 1.3 millones de mph 2.2 millones de kilómetros por hora, comparable a la velocidad promedio del viento solar que fluye del Sol.
Luego, un flujo de salida que se movió aproximadamente el doble de rápido se estrelló contra estructuras más densas dentro de la rosquilla, creando ondas de choque que emitieron rayos gamma y luz visible, incluidas las primeras cuatro llamaradas ópticas.
Finalmente, aproximadamente 20 días después de la explosión, un flujo de salida aún más rápido se estrelló contra todos los escombros más lentos a alrededor de 5,6 millones de mph 9 millones de kilómetros por hora. Esta colisión creó nuevas ondas de choque y otra ronda de rayos gamma y destellos ópticos.Las salidas de nova probablemente surgieron de reacciones residuales de fusión nuclear en la superficie de la enana blanca.
Los astrónomos han propuesto ondas de choque como una forma de explicar el poder irradiado por varios tipos de eventos de corta duración, como fusiones estelares, supernovas, las explosiones mucho más grandes asociadas con la destrucción de estrellas, y eventos de interrupción de las mareas, dondeLos agujeros negros trituran las estrellas que pasan. Las observaciones de BRITE, Fermi y NuSTAR de V906 Carinae proporcionan un registro dramático de dicho proceso. Otros estudios de las novas cercanas servirán como laboratorios para comprender mejor el papel que juegan las ondas de choque en otros eventos más poderosos y más distantes.
El telescopio espacial de rayos gamma Fermi es una asociación de astrofísica y física de partículas administrada por el Centro de Vuelo Espacial Goddard de la NASA en Greenbelt, Maryland. Fermi se desarrolló en colaboración con el Departamento de Energía de EE. UU., Con importantes contribuciones de instituciones académicas y socios en Francia, Alemania, Italia, Japón, Suecia y Estados Unidos.
NuSTAR es una misión de Small Explorer dirigida por Caltech y administrada por JPL para la Dirección de Misión Científica de la NASA en Washington. NuSTAR fue desarrollado en colaboración con la Universidad Técnica Danesa y la Agencia Espacial Italiana ASI. La nave espacial fue construida por Orbital Sciences Corpen Dulles, Virginia. El centro de operaciones de la misión de NuSTAR se encuentra en la Universidad de California Berkeley, y el archivo de datos oficial se encuentra en el Centro de Investigación del Archivo de Ciencia de Astrofísica de Alta Energía de la NASA. ASI proporciona la estación terrestre de la misión y un archivo espejo. Caltech administra JPL para la NASA.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por NASA / Centro de vuelo espacial Goddard . Original escrito por Francis Reddy. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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