Un equip internacional d’astrònoms descobreix la ‘pedra de Rosetta’ de misteriosos polsos de ràdio

Un equip internacional liderat per la Universitat de Sydney ha descobert la prova més clara fins avui sobre l’origen d’un tipus inusual de senyals còsmics. L’equip, que compta amb la participació d’investigadors de l’Institut d’Estudis Espacials de Catalunya (IEEC) a l’Institut de Ciències de l’Espai (ICE-CSIC), ha identificat un sistema estel·lar singular que ofereix a la comunitat científica un laboratori natural per estudiar la física extrema. Les troballes es publiquen a Nature Astronomy.

Fent servir el radiotelescopi Australian Square Kilometer Array Pathfinder (ASKAP) de l’Organització de Recerca Científica i Industrial de la Commonwealth (CSIRO), l’equip ha descobert un estel nan blanc que desprèn material de la seva estrella companya, més gran però menys densa. A mesura que aquest material cau en espiral, produeix potents ràfegues d’ones de ràdio en un cicle que es repeteix cada 1,4 hores.

«El que resulta encara més sorprenent és que, utilitzant observacions de raigs X amb la sonda Einstein Probe, hem detectat la mateixa modulació d’1,4 hores de la font en raigs X», afirma Nanda Rea, coautora de l’estudi, investigadora de l’IEEC a l’ICE-CSIC i membre de l’equip científic de l’Agència Espacial Europea (ESA) de la sonda Einstein Probe, una col·laboració entre l’Acadèmia Xinesa de Ciències (CAS), l’ESA, el Max Planck i el Centre Nacional d’Estudis Espacials de França (CNES).

«Per primera vegada hem identificat l’origen d’aquests senyals, i hem confirmat que la font és una ‘variable cataclísmica’, o un nan blanc en procés d’acreció», afirma l’autor principal de l’estudi, Kovi Rose, investigador predoctoral de la Facultat de Física de la Universitat de Sydney i CSIRO. 

«Els transitoris de ràdio de llarg període han desconcertat els astrònoms durant anys. Només n’hem detectat una dotzena i el seu origen no era clar. Ara hem pogut demostrar que la font d’un d’aquests transitoris procedeix d’un nan blanc que extreu activament material d’una estrella companya», afegeix.

El sistema recentment identificat, anomenat ASKAP J1745−5051, consisteix en un nan blanc (un romanent estel·lar dens de grandària similar al de la Terra, però amb una massa propera a la del Sol) i un nan vermell més gran, però de menor massa: aproximadament una desena part de la massa del Sol. Totes dues estrelles orbiten molt a prop una de l’altra, formant una òrbita completa en poc més d’una hora.

A mesura que el material de l’estrella menys massiva és atret cap al nan blanc, s’escalfa i emet raigs X. Al mateix temps, les interaccions entre els camps magnètics de les estrelles generen ràfegues de ràdio regulars que no s’havien observat abans en cap dels centenars de ‘variables cataclísmiques’ conegudes fins avui en observacions òptiques i de raigs X.

«El que fa que aquest sistema sigui especialment excepcional és que ara podem relacionar les ràfegues de ràdio amb els processos físics que ocorren al sistema binari. Les observacions simultànies de ràdio i raigs X proporcionen una visió sense precedents de com interactuen els camps magnètics, l’acreció i el moviment orbital, i revelen un comportament que mai havíem observat en una variable cataclísmica”, afirma Rea.

L’equip ha descobert que l’emissió de ràdio probablement s’origina en el punt on els camps magnètics de les dues estrelles es troben i interactuen amb el material carregat que es desprèn de l’estrella companya, produint ràfegues de radiació molt concentrades.

«Alguns objectes similars ja s’havien relacionat amb sistemes binaris, però aquest és el primer en què podem veure clarament tant les estrelles com el procés d’acreció en acció», assenyala el professor Murphy, director de la Facultat de Física de la Universitat de Sydney i investigador principal del Centre d’Excel·lència ARC per al Descobriment d’Ones Gravitacionals (OzGrav).

Aquest sistema és, a més, el segon transitori de ràdio de llarg període conegut que emet raigs X de forma regular, i el primer en què s’ha confirmat la causa de la regularitat esmentada.

Aquest sistema únic va ser descobert usant el radiotelescopi ASKAP, propietat de CSIRO (l’agència científica nacional d’Austràlia), i la sonda de raigs X Einstein Probe. L’equip afirma que ASKAP J1745-5051 podria actuar com a punt de referència per comprendre altres objectes transitoris de ràdio de llarg període.

«Aquest sistema ens permet descodificar aquests senyals. Podria ajudar-nos a determinar si altres transitoris de llarg període s’assemblen més a púlsars o a sistemes de nans blancs, funcionant com una pedra de Rosetta estel·lar», diu Rose, en referència al fragment d’una antiga estela egípcia que va ajudar a traduir jeroglífics antics.

Aquest descobriment també ofereix una oportunitat única per estudiar la física extrema del plasma i les interaccions magnètiques en condicions que no es poden replicar a la Terra. L’equip planeja fer més observacions amb radiotelescopis, telescopis òptics i de raigs X per comprendre millor com es generen aquestes emissions i corroborar si hi ha mecanismes similars que puguin explicar la totalitat dels transitoris de ràdio de llarg període.

L’equip ha utilitzat l’Australia Telescope Compact Array i els radiotelescopis ASKAP de CSIRO a Austràlia, el radiotelescopi MeerKAT a Sud-àfrica, els telescopis òptics SOAR i el Telescopi Magallanes Gegant a Xile, i els telescopis espacials Swift (UV/raigs X) i Enstein Probe (raigs X).