Un sistema binari d’estrelles explica uns misteriosos polsos de ràdio a la Via Làctia

Durant els darrers quatre anys, una nova classe d’emissions a l’univers ha captat l’atenció dels astrònoms. Aquests esdeveniments s’originen en objectes galàctics coneguts com transitoris de període llarg (LPT, per les sigles en anglès), la naturalesa dels quals encara es desconeix. Apareixen com a polsos de ràdio brillants i repetitius amb períodes inusualment llargs. Fins ara, s’han descobert al voltant de 12 fonts d’aquest tipus, però el seu origen i els mecanismes que generen la seva emissió encara no són clars. Un nou estudi publicat a Nature Astronomy, amb la participació destacada de l’Institut d’Estudis Espacials de Catalunya (IEEC) i l’Institut de Ciències de l’Espai (ICE-CSIC), investiga l’LPT de més durada conegut fins ara.

GPM J1839-10 és el nom de l’LPT més llarg que coneixem, observat a la Via Làctia amb un període de 21 minuts. El treball ha demostrat que és un sistema binari que acull un nan blanc. En concret, el sistema consta d’un nan blanc giratori (un romanent estel·lar) i un nan vermell (una estrella més petita que el Sol). Això afegeix evidència científica a dos estudis previs que identificaven altres LPT amb el mateix tipus de sistemes binaris, i mostra que la majoria dels LPT podrien compartir un origen semblant. La física exacta subjacent als brillants polsos de ràdio d’aquestes fonts s’ha relacionat amb la interacció entre el camp magnètic del púlsar del nan blanc i el vent de l’estrella companya.

«Aquest treball mostra una nova forma de donar llum sobre la naturalesa dels LPT, un camp que va començar fa només tres anys i que ha resultat clau per comprendre el cel transitori de ràdio», afirma Nanda Rea, investigadora de l’IEEC a l’ICE-CSIC i coautora de l’estudi.

Aquestes troballes podrien representar els primers passos cap a la comprensió de la veritable naturalesa de tots els LPT i, en conseqüència, la revisió del coneixement sobre els sistemes binaris de nans blancs i nans vermells. «L’emissió de ràdio produïda pels binaris de nans blancs podria ser més freqüent i diversa del que es creia», suggereix Rea.

Per fer l’estudi, l’equip internacional, format per sis investigadors d’instituts de recerca astronòmica d’Austràlia i Espanya, va fer una observació contínua durant 40 hores de GPM J1839−10. Això va requerir tres radiotelescopis operant seqüencialment a diferents llocs del món: el telescopi MeerKAT a Sud-àfrica, el telescopi ASKAP (Australian Square Kilometre Array Pathfinder) a Austràlia i el Karl G. Jansky Very Large Array (VLA) als Estats Units. «Cada telescopi va passar la font al següent a mesura que la Terra girava per mantenir la font a la vista», explica Csanad Horvath, investigador predoctoral de la Universitat de Curtin, que va dirigir el treball i va passar un mes a l’ICE-CSIC per finalitzar l’anàlisi.

Això va permetre a l’equip registrar el patró del senyal amb alta precisió per a la seva posterior anàlisi. Van descobrir que els polsos de ràdio arriben en grups de 4 o 5, i que arriben en parells separats per dues hores de diferència. Aquest patró es repeteix cada 9 hores, cosa que suggereix que dins del sistema font es produeix un moviment orbital amb aquest període.

Utilitzant un model teòric basat en el mateix marc geomètric proposat per als púlsars de nan blanc, l’equip va reproduir amb precisió l’emissió intermitent i l’estructura de doble pols. Això dona suport a la interpretació que l’LPT és un sistema binari de nan blanc i nan vermell, i va permetre mesurar les característiques del sistema, com l’òrbita, la inclinació a la nostra línia de visió i les masses estel·lars. En aquest escenari, es produeixen polsos de ràdio sempre que l’eix magnètic del nan blanc en rotació (la línia imaginària que uneix els dos pols magnètics) interseca el vent estel·lar del seu company, fet que genera un brillant senyal de ràdio. A cada òrbita, els brillants polsos de ràdio es poden veure dues vegades, amb 4 o 5 polsos cada cop.

A més de revelar la naturalesa probable d’un LPT conegut, l’estudi també proporciona un marc per investigar molts més objectes similars. El model aplicat a la població creixent d’LPT i altres púlsars binaris de nans blancs coneguts ha demostrat la connexió entre aquestes classes aparentment diferents, a més de donar llum sobre l’evolució de les propietats magnètiques dels sistemes binaris de nans blancs i nans vermells.