Utilizando la nave espacial Imaging X-ray Polarimetry Explorer (IXPE) de la NASA, los astrónomos han obtenido su primera vista de la región interior alrededor de una estrella enana blanca muerta que se alimenta vampíricamente de una compañera estelar.
El equipo del Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT) pudo realizar un estudio detallado de la región altamente energética, hasta ahora inaccesible, que rodea inmediatamente a una enana blanca en el sistema EX Hydrae, situado a unos 200 años luz de la Tierra.
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Los investigadores no sólo descubrieron un alto grado de polarización entre los rayos X, que describe la concordancia en la dirección en la que se inclinan las ondas que componen la radiación electromagnética, sino que también pudieron rastrear esta radiación energética hasta una columna de 3.200 kilómetros de altura de material estelar abrasadoramente caliente que se extraía de la estrella compañera y caía sobre la enana blanca.
Eso es aproximadamente la mitad del radio de la propia enana blanca y mucho más grande de lo que los científicos habían estimado previamente para tal estructura. El equipo también detectó rayos X reflejándose en la superficie de la enana blanca antes de dispersarse, algo que se predijo pero nunca se confirmó previamente.
Los polares intermedios obtuvieron su nombre debido a las variaciones en la fuerza de los campos magnéticos de las enanas blancas. Cuando el campo magnético es particularmente fuerte, estas estrellas muertas extraen material de sus estrellas compañeras, que luego fluye hacia los polos de las enanas blancas. Sin embargo, cuando los campos magnéticos de las enanas blancas son débiles, el material despojado forma estructuras arremolinadas llamadas discos de acreción alrededor de las enanas blancas. Desde allí, esta materia estelar robada se alimenta gradualmente a las superficies de los restos estelares.
La situación es más compleja para las enanas blancas vampiro con campos magnéticos de intensidad intermedia. Los científicos han predicho que, en estos sistemas, todavía debería formarse un disco de acreción, pero debería ser arrastrado hacia los polos de estas enanas blancas. Los campos magnéticos de estos sistemas deberían entonces elevar este material, creando una fuente de materia estelar, o una “cortina de acreción”, que cae sobre los polos magnéticos de las enanas blancas a millones de kilómetros por hora.
Los científicos han predicho que este material que fluye hacia abajo debería chocar contra la materia que aún cae y que previamente fue levantada por campos magnéticos, creando columnas de gas turbulento que pueden alcanzar temperaturas de millones de grados Fahrenheit, emitiendo rayos X en el proceso.
En enero de 2025, el equipo de investigación se propuso probar esta idea estudiando el sistema EX Hydrae con alrededor de siete días terrestres de observaciones realizadas con IXPE.
Los hallazgos demuestran la eficacia de una técnica llamada “polarimetría de rayos X”, que mide la polarización de los rayos X, en el estudio de entornos estelares extremos y violentos.
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“Demostramos que la polarimetría de rayos X se puede utilizar para realizar mediciones detalladas de la geometría de acreción de la enana blanca”, dijo en un comunicado el líder del equipo Sean Gunderson, del Instituto Kavli de Astrofísica e Investigación Espacial del MIT. “Abre la ventana a la posibilidad de realizar mediciones similares de otros tipos de enanas blancas en acreción que tampoco han tenido señales de polarización de rayos X predichas”.
Hallazgos polarizados
Las ondas de luz oscilan en ángulo recto con respecto a la dirección en la que se propaga la luz, pero el ángulo en el que oscilan puede verse influenciado por campos magnéticos y eléctricos. Además, cuando la luz rebota en una superficie, puede polarizarse, lo que significa que la oscilación de las ondas de luz se organiza en una dirección común. Al estudiar la luz polarizada, los investigadores pueden aprender más sobre el objeto que ha dispersado.
Lanzada en 2021, IXPE es la primera misión de la NASA diseñada para detectar rayos X polarizados, y la nave espacial ha estudiado algunos de los objetos y eventos más extremos del universo, como estrellas de neutrones, agujeros negros y supernovas. Esta es la primera vez que se ordena al IXPE que estudie un sistema polar intermedio, un objeto más pequeño pero aún un fuerte emisor de rayos X.
“Comenzamos a hablar sobre cuánta polarización sería útil para tener una idea de lo que sucede en este tipo de sistemas, que la mayoría de los telescopios ven como sólo un punto en su campo de visión”, dijo el miembro del equipo Herman Marshall del MIT. “Con cada rayo X que proviene de la fuente, se puede medir la dirección de polarización. Se recolectan muchos de ellos, y todos están en diferentes ángulos y direcciones, que se pueden promediar para obtener un grado y dirección preferidos de polarización”.
Marshall, Gunderson y sus colegas encontraron un grado de polarización del 8% en los rayos X de EX Hydrae, que es mucho más alto de lo que predijeron los modelos teóricos. Tras este descubrimiento, los científicos confirmaron que los rayos X efectivamente se originaron en una columna de gas en colisión de alrededor de 2.000 millas de altura.
“Si pudieras pararte un poco cerca del polo de la enana blanca, verías una columna de gas que se extendía 2.000 millas en el cielo y luego se abría en abanico hacia afuera”, dijo Gunderson.
Midiendo la dirección de polarización de estos rayos X, el equipo pudo confirmar que esta radiación de alta energía rebota en la superficie de la enana blanca antes de viajar por el espacio.
“Lo útil de la polarización de rayos X es que proporciona una imagen de la parte más interna y energética de todo este sistema”, añadió Swati Ravi, miembro del equipo y científico del MIT. “Cuando miramos a través de otros telescopios, no vemos ninguno de estos detalles”.
El equipo ahora pretende ampliar su investigación de los entornos alrededor de las estrellas vampiro más allá de EX Hydrae a otros sistemas de enanas blancas que se alimentan. En última instancia, esto podría ayudar a comprender mejor el estado final de estos sistemas: las explosiones de supernovas de Tipo Ia que surgen de la sobrealimentación de las estrellas muertas y que generalmente resultan en la destrucción total de la enana blanca.
“Llega un punto en el que cae tanto material sobre la enana blanca desde una estrella compañera que la enana blanca no puede contenerlo más, todo colapsa y produce un tipo de supernova que es observable en todo el universo, que puede usarse para calcular el tamaño del universo”, concluyó Marshall. “Entonces, comprender estos sistemas de enanas blancas ayuda a los científicos a comprender las fuentes de esas supernovas y les informa sobre la ecología de la galaxia”.
La investigación del equipo fue publicada el 10 de noviembre en The Astrophysical Journal.