Un chorro atrapado produjo el estallido de rayos X más cercano

Científicos han descubierto el posible origen de los transitorios rápidos de rayos X (FXT), misteriosos y fugaces estallidos de rayos X que han intrigado a los astrónomos durante mucho tiempo.

Utilizando una combinación de telescopios en todo el mundo y en el espacio, el equipo de las universidades de Northwestern y Leicester estudió el FXT más cercano jamás observado, asociado con la muerte explosiva de una estrella masiva o supernova. Descubrieron un géiser de partículas de alta energía, o chorro, atrapado en el interior de una supernova produjo el FXT.

Cuando los chorros atraviesan las capas de una estrella masiva, similares a una cebolla, generan estallidos de rayos gamma (GRB), las explosiones más potentes y luminosas del universo. Sin embargo, cuando los chorros se ahogan, emiten niveles de energía más bajos, que los astrónomos solo pueden detectar a partir de señales de rayos X. Las nuevas observaciones apuntan ahora a estos chorros "fallidos" como fuente de la emisión, lo que explica este fenómeno históricamente esquivo. Este hallazgo marca un paso significativo en la comprensión del diverso panorama de las explosiones cósmicas, acortando la distancia entre los FXT, los GRB y las supernovas.

The Astrophysical Journal Letters publicó dos estudios complementarios que detallan diversos aspectos del evento.

Aunque los astrónomos han detectado FXT durante décadas, el limitado número de descubrimientos impidió realizar estudios detallados. Pero ahora, los científicos cuentan con una nueva herramienta espacial, llamada Sonda Einstein, dedicada a la búsqueda. Lanzada en enero de 2024 por la Academia China de Ciencias en colaboración con la Agencia Espacial Europea y el Instituto Max Planck de Física Extraterrestre, la Sonda Einstein transporta dos instrumentos científicos, especialmente diseñados para observar fuentes de rayos X.

Poco después de su lanzamiento, la Sonda Einstein capturó el FXT más cercano, asociado con una supernova, hasta la fecha. Denominado EP 250108a, el FXT se encontraba a 2.800 millones de años luz de la Tierra, en la constelación fluvial de Eridanus. Su proximidad a la Tierra brindó a los astrónomos una oportunidad sin precedentes para observar la evolución del evento.

Para rastrear este comportamiento evolutivo, un equipo internacional capturó la señal del evento en múltiples longitudes de onda. El espectrógrafo FLAMINGO-2, instalado en el telescopio Gemini Sur del Observatorio Internacional Gemini, proporcionó datos en el infrarrojo cercano, y el Espectrógrafo Multiobjeto Gemini, instalado en el telescopio Gemini Norte, proporcionó datos ópticos.

Los científicos de Northwestern también obtuvieron espectroscopía óptica del Observatorio W.M. Keck en Hawái, imágenes infrarrojas del Observatorio MMT en Arizona y datos infrarrojos de alta sensibilidad del Telescopio Espacial James Webb.

"Es importante destacar que los datos de rayos X por sí solos no nos indican qué fenómenos originaron un FXT", afirmó Rastinejad en un comunicado. "Las observaciones rápidas de la ubicación del FXT en longitudes de onda ópticas e infrarrojas son clave para identificar las secuelas de un FXT y obtener pistas sobre su origen".

Cuando los astrónomos orientaron los telescopios Gemini hacia la ubicación de EP 250108a, encontraron las brillantes secuelas de una supernova. La supernova (denominada SN 2025kg o cariñosamente conocida como "el canguro") aumentó su brillo durante varias semanas antes de desvanecerse.

"El JWST obtuvo espectros infrarrojos de alta calidad cuando 'el canguro' estaba en su punto más brillante, lo que nos permitió observar el interior de la explosión y encontrar evidencia de helio y carbono", afirmó Charlie Kilpatrick, profesor asistente de investigación en CIERA de Northwestern y coautor de ambos estudios.

"Me sorprendió porque no vimos helio en ninguno de nuestros datos ópticos, algo que no se espera en este tipo de explosión. Sin embargo, esta fue una pista clave que nos permitió determinar que 'el canguro' provenía de una estrella muy masiva que probablemente tuvo una compañera antes de producir un FXT".

Tras examinar su brillo y espectro, el equipo confirmó que "el canguro" era una supernova de tipo Ic de líneas anchas. Estas potentes explosiones suelen asociarse con eventos altamente energéticos como los GRB. Sin embargo, en este caso, faltaba evidencia de un GRB.

Tras analizar su señal en rápida evolución, los científicos concluyeron que EP 250108 probablemente era un GRB falso. Aunque EP 250108a es similar a una explosión impulsada por un choque, no afecta la capacidad exterior de la estrella moribunda. En cambio, quedaron atrapados en su interior.

"Esta supernova FXT es casi idéntica a las supernovas previas que siguieron al GRB", declaró Eyles-Ferris. "Nuestras observaciones de las primeras etapas de la evolución de EP 250108 muestran que las explosiones de estrellas masivas pueden producir ambos fenómenos".

"A lo largo de décadas de estudios científicos, hemos sabido que los chorros pueden alcanzar las capacidades exteriores de una estrella moribunda, y los consideramos GRB", explicó Rastinejad. "En nuestro nuevo estudio, descubrimos que este resultado de chorros 'atrapados' es más común en las explosiones de estrellas masivas que en los chorros que emergen del cielo estrellado".

Para estudiar la supernova, el equipo utilizó el Southern Astrophysical Research Telescope de 4,1 metros, ubicado en el Observatorio Interamericano Cerro Tololo en Chile. Con estas observaciones, los científicos creen que la estrella progenitora -que murió causando la explosión de EP 250108a y su supernova asociada- tuvo una masa de entre 15 y 30 años de la superficie terrestre.