lunes, 16 de agosto de 2010

Astrónomos aficionados descubren la primera nova que emite rayos gamma de alta energía

Crédito: Colaboración NASA/DOE/Fermi LAT.

En la madrugada del 11 de marzo de 2010, dos astrónomos aficionados en Japón (Koichi Nishiyama y Kabashima Fujio en Miyaki-cho, prefectura de Saga) hicieron un descubrimiento asombroso: fotografiaron un dramático cambio en el brillo de una estrella en la constelación del Cisne, una estrella binaria variable llamada V407 Cyg brillando con enorme intensidad. Este brillo, llamado nova, sucede cada vez que la componente gigante roja de V407 Cyg deposita suficiente hidrógeno sobre la superficie de su compañera, una "brasa" muerta de una estrella de tipo solar llamada enana blanca.

Cuando una cantidad suficiente de hidrógeno se acumula en la superficie de la enana blanca, se convierte a He (helio), en un instante, produciendo tanta energía en un instante como la que el sol emite en 10 siglos. Las explosiones nova se conocen desde hace siglos y son entendidas hace unas décadas.

Pero todavía tienen algunas sorpresas bajo la manga, como se muestra arriba. La imagen en falso color de arriba es una imagen de rayos gamma del telescopio Fermi de Gran Área (LAT), mostrando el cielo alrededor de V407 Cyg. La imagen de la izquierda fue obtenida por el LAT justo antes de la explosión de nova. Aparte de unos pocos púlsares conocidos de rayos gamma, no hay fuente detectables cerca de V407 Cyg. Pero después de la explosión de nova, la emisión de rayos gamma de V407 Cyg se detectó claramente por el LAT, la primera vez que una emisión de rayos gamma de alta energía se desprende de una nova.

Un documento que detalla el descubrimiento aparece en la edición del 13 de agosto de la revista Science.

El equipo de astrónomos aficionados transmitió el descubrimiento de la nova a Hiroyuki Maehara en la Universidad de Kyoto, que notificó a los astrónomos de todo el mundo para realizar observaciones de seguimiento. Antes de que este aviso se hiciera ampliamente disponible, la explosión se informó de forma independiente por tres aficionados japoneces: Tadashi Kojima, Tsumagoi-mura Agatsuma-gun, prefectura de Gunma; Kazuo Sakaniwa, Higashichikuma-gun, prefectura de Nagano; and Akihiko Tago, Tsuyama-shi, prefectura de Okayama.

El 13 de marzo, Davide Donato del Goddard, un científico que supervisa la descarga de datos diarios de las fuentes de potencial interés, estaba en acto de servicio para el LAT cuando se dio cuenta de una detección significativa en Cygnus. Pero la vinculación de esta fuente a la nova tomaría varios días, en parte porque los miembros clave del equipo de Fermi se encontraban en París para una reunión de la colaboración científica LAT.

"Esta región está cerca del plano galáctico, el cual tiene juntos muchos tipos de fuentes de rayos gamma, pulsares, remanentes de supernovas, y otras en nuestra propia galaxia, además de las galaxias activas más allá de ellos", dijo Donato. "Si la nova hubiera ocurrido en otros lugares en el cielo, su descubrimiento hubiera sido más fácil."

El equipo de LAT comenzó un esfuerzo concertado para identificar la fuente misteriosa en los días siguientes. El 17 de marzo, los investigadores decidieron obtener una observación "objetivo de oportunidad" utilizando el satélite Swift de la NASA, sólo para descubrir que Swift ya estaba observando el mismo punto.

"En ese momento, sabía que Swift estaba apuntando a V407 Cyg, pero yo no sabía por qué", dijo Teddy Cheung, un astrofísico del Laboratorio de Investigación Naval (NRL) en Washington, DC, y autor principal del estudio. Examinando los datos de Swift, Cheung no veía más fuentes de rayos X que podrían explicar lo que LAT Fermi estaba viendo.

V407 Cyg tenía que ser.

Media hora más tarde, Cheung aprendido de otros miembros del equipo de LAT que el sistema había sido objeto de una explosión de nova, que fue la razón que había disparado las observaciones de Swift. "Cuando miramos más de cerca, encontramos que el LAT había detectado los rayos gamma al mismo tiempo que el descubrimiento de la nova", dijo.

V407 Cyg se encuentra a 9.000 años luz de distancia. El sistema es llamado una binaria simbiótica que contiene unaenana blanca compacta y una estrella gigante roja alrededor de 500 veces el tamaño del sol.

"La gigante roja está tan hinchada que su atmósfera externa escapa hacia el espacio", dijo Adam Hill, en la Universidad Joseph Fourier en Grenoble, Francia. El fenómeno es similar al del viento solar producido por el sol, pero el flujo es mucho más fuerte. "Cada década, la gigante roja arroja suficiente hidrógeno para igualar la masa de la Tierra", agregó.

La enana blanca intercepta y captura algo de este gas, que acumula en su superficie. A medida que se apila el gas durante décadas a siglos, con el tiempo se convierte en suficientemente caliente y denso como para fusionarse y convertirse en helio. Este proceso de producción de energía provoca una reacción fuera de control que hace explotar el gas acumulado.

La enana blanca en sí, sin embargo, permanece intacta.

La explosión creó un depósito denso y caliente en expansión llamado frente de choque, compuesto de partículas de alta velocidad, gas ionizado y campos magnéticos. De acuerdo con un espectro tempranamente obtenido por Christian Buil en el Observatorio Castanet Tolosan, Francia, la onda de choque de la nova se expande a 7 millones de kilómetros por hora, o casi un 1 por ciento la velocidad de la luz.

Los campos magnéticos atrapan partículas dentro de la cáscara y las azotan hasta tremendas energías. Antes de que pudieran escapar, las partículas habían llegado a velocidades cercanas a la velocidad de la luz. Los científicos suponen por ahora que los rayos gamma de alta energía se producen cuando las partículas cargadas, aceleradas por la onda expansiva de la nova, se mueven a millones de kilómetros por hora, chocando con el lento movimiento del viento de la gigante roja. La desaceleración repentina de estas partículas subatómicas en movimiento rápido contra el viento de la gigante roja debe causar la emisión de radiación de rayos gamma.

"Sabemos que los remanentes de las mucho más potentes explosiones de supernovas pueden atrapar y acelerar las partículas de este tipo, pero nadie sospechaba que los campos magnéticos en las novas eran suficientemente fuertes para hacerlo así", dijo Soebur Razzaque del NRL.

Los restos supernovas duran 100.000 años y afectan a las regiones del espacio de miles de años-luz de diámetro.

Kent Wood, del NRL compara los estudios astronómicos de los restos de supernovas buscando en las imágenes estáticas en un álbum de fotos. "Necesitan miles de años los remanentes de supernova para evolucionar, pero con esta nova hemos visto el mismo tipo de cambios en pocos días", dijo. "Hemos pasado de un álbum de fotos a una película de lapso de tiempo."



Fuente:
Gamma Nova

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