La sonda Einstein Probe detecta un destello de rayos X proveniente de un inusual dúo estelar

La sonda espacial Einstein Probe, equipada con una innovadora tecnología inspirada en los ojos de las langostas, ha detectado un destello de rayos X procedente de un par de objetos celestes poco comunes. Este descubrimiento, dirigido por el Instituto de Ciencias del Espacio (ICE-CSIC), ofrece una nueva perspectiva sobre cómo evolucionan e interactúan las estrellas masivas. Además, pone de manifiesto la capacidad única de esta misión para identificar fuentes transitorias de rayos X en el cielo. Los resultados han sido publicados hoy en The Astrophysical Journal Letters.

El sistema estelar descubierto está compuesto por una estrella gigante caliente, más de diez veces el tamaño del Sol, y una enana blanca compacta con una masa similar a la de nuestra estrella. Este tipo de sistemas son extremadamente raros, y esta es la primera vez que se ha podido seguir la emisión de rayos X de una pareja así desde su explosión inicial hasta su desaparición.

El 27 de mayo de 2024, el Wide-field X-ray Telescope (WXT) de la sonda Einstein Probe detectó una señal de rayos X procedente de una galaxia cercana a la Vía Láctea: el Pequeño Nube de Magallanes (SMC, por sus siglas en inglés). Para determinar el origen de este fenómeno, los investigadores dirigieron el Follow-up X-ray Telescope (FXT) de la misma sonda hacia la nueva fuente de rayos X, denominada EP J0052.

La detección llevó a otros telescopios espaciales, como Swift y NICER de la NASA, a observar el fenómeno. XMM-Newton, el observatorio de rayos X de la ESA, realizó un seguimiento 18 días después de la explosión.

"Estábamos en busca de fuentes transitorias cuando encontramos este nuevo punto de luz de rayos X en el SMC. Nos dimos cuenta de que estábamos observando algo único, algo que solo Einstein Probe podía captar", explica Alessio Marino, investigador postdoctoral del ICE-CSIC y autor principal del estudio.

Según Marino, entre todos los telescopios actuales que monitorizan el cielo en rayos X, WXT es el único capaz de detectar emisiones de baja energía con la sensibilidad suficiente para identificar esta nueva fuente.

Inicialmente, los investigadores pensaron que EP J0052 podía ser un sistema binario común, formado por una estrella de neutrones que absorbe material de una estrella masiva compañera. Sin embargo, algo en los datos indicaba que se trataba de un fenómeno diferente.

El análisis detallado de la luz de rayos X durante seis días reveló la presencia de elementos como nitrógeno, oxígeno y neón en el material expulsado por la explosión, lo que proporcionó información clave sobre la naturaleza del sistema.

"Nos dimos cuenta rápidamente de que estábamos ante un descubrimiento excepcional", comenta Marino. "Este dúo estelar poco común está compuesto por una estrella masiva tipo Be, con una masa 12 veces la del Sol, y una enana blanca, un objeto hiperdenso con una masa similar a la de nuestra estrella".

Las dos estrellas orbitan muy cerca una de la otra, y la intensa gravedad de la enana blanca extrae material de su compañera. A medida que el hidrógeno se acumula en la enana blanca, su gran densidad lo comprime hasta desatar una reacción nuclear descontrolada, generando un destello de luz en diversas longitudes de onda, desde el espectro visible hasta los rayos X y ultravioleta.

Este sistema binario plantea una cuestión intrigante: las estrellas Be suelen agotar su combustible nuclear en unos 20 millones de años, mientras que su compañera, la enana blanca, es el remanente de una estrella similar al Sol que, de haberse desarrollado de forma aislada, podría haber vivido miles de millones de años.

Si ambas se formaron juntas, ¿cómo es posible que la estrella Be siga brillando mientras que su compañera ya ha muerto y se ha convertido en una enana blanca?

Los investigadores creen que el sistema comenzó como un par de estrellas masivas con 6 y 8 veces la masa del Sol. La estrella más grande consumió su combustible primero y cedió material a su compañera, que creció hasta alcanzar su masa actual de 12 masas solares. Al final del proceso, el núcleo de la estrella que perdió su masa colapsó, dando lugar a la enana blanca que ahora sigue absorbiendo material de la estrella Be.

"Este estudio nos permite entender una fase poco observada de la evolución estelar, resultado de un complejo intercambio de materia entre las dos estrellas", señala Ashley Chrimes, astrónoma de la ESA. "Es fascinante ver cómo la interacción entre estrellas masivas puede dar lugar a un sistema tan inusual".

Dieciocho días después de la detección inicial de Einstein Probe, la misión XMM-Newton de la ESA dejó de registrar la señal de EP J0052, lo que indica que la explosión fue breve.

La duración del evento y la presencia de elementos como neón y oxígeno sugieren que la enana blanca es inusualmente masiva, con un 20% más de masa que el Sol. Se encuentra cerca del límite de Chandrasekhar, el punto en el que una enana blanca colapsaría en una estrella de neutrones o explotaría como una supernova.

"Las explosiones de sistemas binarios de enanas blancas tipo Be han sido extremadamente difíciles de detectar, ya que requieren observaciones de rayos X de baja energía. Gracias a Einstein Probe, ahora podemos identificarlas y entender mejor la evolución de las estrellas masivas", concluye Erik Kuulkers, científico del proyecto Einstein Probe de la ESA.