Detecten esclats còsmics en un nou sistema binari de raigs gamma

13/11/2018

Una col·laboració internacional entre els telescopis MAGIC de l'Observatori Roque de los Muchachos (ORM) i la xarxa VERITAS de l'Observatori Fred Lawrence Whipple (FLWO), en la que participen l’IFAE i el Departament de Física de la UAB, ha descobert una emissió de raigs gamma de molt alta energia procedent del sistema binari PSR J2032 + 4127 / MT91 213 , una excèntrica parella d'estrelles unides gravitacionalment amb un període orbital de 50 anys. L'estudi acaba de ser publicat a la prestigiosa revista Astrophysical Journal Letters.

Els sistemes binaris emissors de raigs gamma són objectes atípics. En aquests sistemes, una estrella de neutrons o un forat negre, romanents de l'etapa final de l'evolució estel·lar, orbiten al voltant d'una estrella massiva. Pocs sistemes binaris s'han detectat en el domini dels raigs gamma de molt alta energia. Fins ara, s'ha descobert menys de deu fonts d'aquest tipus, encara que, en la major part dels casos, es desconeix la naturalesa de l'objecte compacte o romanent estel·lar, és a dir, si es tracta d'una estrella de neutrons o d'un forat negre .

Una oportunitat única

El 2002, els telescopis HEGRA a La Palma van detectar una emissió de raigs gamma a partir d'una font extensa de naturalesa no identificada: TeV J2032 + 4130. No va ser fins el 2008 que el satèl·lit Fermi-LAT va descobrir una estrella de neutrons altament magnetitzada o púlsar, amb el nom de PSR J2032 + 4127, que semblava ser la responsable de l'emissió d'aquesta font desconeguda. La sorpresa va arribar el 2015 quan es va conèixer que aquest púlsar està, en realitat, aparellat amb l'estrella MT91 213 i que necessita 50 anys per completar una òrbita al seu voltant. No obstant això, el més interessant per a la comunitat de raigs gamma d'aquest descobriment era que l'acostament més proper entre el púlsar i l'estrella anava a ocórrer el novembre de 2017. Segons Alicia López Oramas, investigadora de l'Instituto de Astrofísica de Canarias (IAC) i una de les principals autores de l'estudi, "durant aquesta aproximació s'esperava que un sistema tan únic emetés raigs gamma de molt alta energia i aquesta oportunitat no es podia desaprofitar".

Immediatament es va posar en marxa una campanya conjunta d'observació per detectar esclats còsmics procedents d'aquest sistema binari. Al llarg del 2016, els dos observatoris van començar a buscar emissions d'aquesta font, però tot el que van poder detectar va ser l'emissió extensa de TeV J2032 + 4130. "Aquesta font és probablement una nebulosa, la closca d'un romanent de supernova, que està sent alimentada pel púlsar - explica Ralph Bird, investigador de la Universitat de Califòrnia Los Angeles-, així que, al llarg del 2016, tot el que vam poder veure, després de 50 hores d'observacions, va ser la feble emissió d'aquesta font".

Els fets emocionants van arribar el 2017. Al setembre d'aquell any, abans de l'acostament previst, els astrònoms van detectar per primera vegada un augment en l'emissió del nou sistema binari de raigs gamma. "El flux de raigs gamma va duplicar el valor mesurat des de la font extensa", aclareix Tyler Williamson, estudiant de postgrau de la Universitat de Delaware (UD). No obstant això, l'esdeveniment més sorprenent va tenir lloc al novembre. "Durant l'aproximació més propera entre l'estrella i el púlsar, el flux va augmentar en 10 vegades en una sola nit", recorda Jamie Holder, professor del departament de Física i Astronomia de la UD.

Un futur prometedor

Abans d'aquesta detecció, tan sols es coneixia un altre sistema binari de raigs gamma amb un púlsar identificat. En tots dos casos, les partícules són accelerades en el xoc creat entre el vent estel·lar i el púlsar produint l'emissió de raigs gamma. "El coneixement de la naturalesa de l'objecte compacte permet estudiar adequadament l'acceleració de les partícules i els models d'emissió de raigs gamma", explica Oscar Blanch Bigas, investigador de l'Institut de Física d'Altes Energies (IFAE), al campus de la UAB.
La Xarxa de Telescopis Cherenkov (CTA per les seves sigles en anglès), un observatori de nova generació que acaba d'inaugurar el prototip del que pot esdevenir el seu primer telescopi de grans dimensions o Large Size Telescope (LST-1) a l’ORM, ajudarà a detectar nous sistemes binaris de raigs gamma. "Amb una població estimada d'entre 100 i 200 sistemes binaris de raigs gamma a la nostra galàxia, CTA probablement revelarà la naturalesa d'aquests sistemes i aportarà nous coneixements sobre la seva evolució", conclou Javier Herrera Llorente, investigador que ha participat en l'estudi i gestor del projecte CTA a l'IAC.

La comunitat espanyola participa en MAGIC des dels seus inicis a través de diversos centres de recerca públics, entre ells, l'IAC, l'IFAE, el Departament de Física de la Universitat Autònoma de Barcelona (UAB), la Universitat de Barcelona (UB) i la Universidad Complutense de Madrid (UCM). A més, el centre de dades de MAGIC és el Port d'Informació Científica (PIC), una col·laboració de l'IFAE i el Centre d'Investigacions Energètiques, Mediambientals i Tecnològiques (CIEMAT) situada al campus de la UAB.