Imatges de 850 anys després d'una col·lisió estel·lar

La inusual nebulosa Pa 30 es deu probablement a la fusió d'estrelles moribundes observada el 1181.

Les imatges obtingudes per un professor de Dartmouth de les explosives conseqüències de la col·lisió de dues estrelles moribundes podrien ajudar els científics a comprendre millor aquest estrany tipus d'esdeveniment astronòmic, i podrien confirmar finalment la identitat d'una estrella brillant però de curta vida observada fa gairebé 850 anys.

Robert Fesen, catedràtic de Física i Astronomia, va captar imatges telescòpiques que mostren un esclat de filaments fins com focs artificials que irradien d'una estrella molt poc comuna situada al centre d'un objecte anomenat Pa 30, segons els resultats que va anunciar el 12 de gener a la 241a reunió de la Societat Astronòmica Americana. Fesen és l'autor principal d'un article sobre aquestes troballes que ha estat enviat a la revista The Astrophysical Journal Letters per a la seva publicació.

Pa 30 és una regió densa de gas il·luminat, pols i altres matèries coneguda com a nebulosa. Fesen i els seus coautors informen que Pa 30 sembla contenir poc o res d'hidrogen i heli, però en canvi és rica en els elements sofre i argó.

Clic per engrandir. La inusual estructura en forma de focs artificials de la nebulosa Pa 30 podria ser el resultat de la fusió de dues estrelles moribundes. Crèdit: Robert Fesen

Segons Fesen, l'estructura i les característiques inusuals de la nebulosa coincideixen amb el resultat previst d'una col·lisió entre estrelles en fase terminal conegudes com a nanes blanques. Les nanes blanques són estrelles febles i extremadament denses de la mida de la Terra que contenen la massa del Sol. La fusió de dues nanes blanques és una de les explicacions proposades per a una subclasse de supernoves -o explosions estel·lars- anomenades esdeveniments Iax, en els quals l'estrella no es destrueix del tot, va explicar Fesen.

"No he vist mai cap objecte -i per descomptat cap resta de supernova a la Via Làctia- que s'assembli a això, i tampoc cap dels meus col·legues", va dir Fesen. "Aquest romanent permetrà als astrònoms estudiar un tipus de supernova especialment interessant que fins ara només podien investigar a partir de models teòrics i exemples en galàxies llunyanes".

La mida de Pa 30 i la velocitat a què s'expandeix -uns 3,5 milions de quilòmetres per hora- suggereixen que la col·lisió explosiva es va produir cap a l'any 1181, informen els investigadors. Això coincideix amb les observacions realitzades per astrònoms xinesos i japonesos en aquella època d'una estrella molt brillant que va aparèixer de sobte a la constel·lació de Cassiopea i va ser visible durant uns sis mesos mentre s'esvaïa lentament. Aquestes estrelles fugaces es coneixen com a "estrelles convidades".

Les imatges que Fesen va captar de l'estructura i la lluminositat de la nebulosa no només proporcionen l'estimació més precisa fins ara de la seva edat, sinó que també podrien permetre als astrònoms refinar els models existents de fusions de nanes blanques. Pa 30 va ser descoberta el 2013 pel coautor i astrònom aficionat Dana Patchick, però fins ara les imatges de la nebulosa només mostraven un objecte extremadament feble i difús, explica Fesen.

"Les nostres imatges més profundes mostren que Pa 30 no només és bonica, sinó que ara que podem veure la veritable estructura de la nebulosa, podem investigar-ne la composició química i com l'estrella central va generar la seva notable aparença, i després comparar aquestes propietats amb les prediccions de models específics de fusions rares de nanes blanques", va dir Fesen.

Fesen va prendre les imatges de Pa 30 a finals de 2022 utilitzant el telescopi Hiltner de 2,4 metres a l'Observatori MDM -que Dartmouth posseeix i opera amb quatre universitats més- adjacent a l'Observatori Nacional Kitt Peak a Arizona. Fesen va equipar el telescopi amb un filtre òptic sensible a una línia d'emissió particular del sofre. Va capturar Pa 30 en tres exposicions de 2.000 segons sota cels molt clars i va prendre dades addicionals sobre l'estructura, la mida i la velocitat de la nebulosa.

L'estudi de Fesen i els seus coautors es va basar en el treball publicat el 2019 per investigadors russos que van trobar una estrella extremadament inusual gairebé al punt mort de Pa 30. Aquesta estrella mostrava diverses propietats que suggerien la col·lisió de dues nanes blanques, i en tenia una temperatura superficial de gairebé 400.000 graus Fahrenheit (uns 22.200ºC) amb una sorprenent velocitat del vent de sortida d'uns 35 milions de quilòmetres per hora.

Clic per engrandir. Observatori Kitt Peak. Crèdit: KPNO/NOIRLab/AURA/NSF/P. Marenfeld

El 2021, astrònoms de la Universitat de Hong Kong que havien revisat els resultats de l'equip rus van informar que Pa 30 tenia aproximadament 1.000 anys i es trobava gairebé a la mateixa ubicació al cel que l'estrella convidada registrada el 1181. Aquests investigadors van proposar que Pa 30 és la seqüela d'una col·lisió de nanes blanques que va il·luminar el cel nocturn fa gairebé un mil·lenni, tot i que el marge d'error sobre la seva edat era de 300 anys.

"Les nostres noves observacions permeten afirmar que l'objecte té una edat d'expansió d'uns 850 anys, cosa que és perfecta perquè es tracti de les restes de l'estrella convidada del 1181", afirma Fesen. Pels antics astrònoms, la nova estrella hauria estat gairebé tan brillant o més que Vega, la cinquena estrella més brillant del cel vista des de la Terra.

"L'estrella convidada era prou brillant perquè tres grups diferents de la Xina l'observessin amb un parell de dies de diferència, i també va ser vista al Japó", va explicar Fesen. "Una nova estrella tan brillant com Vega hauria cridat força l'atenció. Per als antics, el seu televisor era el cel, per la qual cosa haurien notat fàcilment i sens dubte registrat la sobtada aparició d'una nova estrella brillant al cel". 

A la reunió de l'AAS, Burçin Mutlu-Pakdil, actualment professora adjunta de Física i Astronomia a Dartmouth, va oferir també una roda de premsa sobre un article publicat el mes de febrer passat en què s'informa de les galàxies més febles conegudes més enllà de l'agrupació de galàxies que inclou la Via Làctia i Andròmeda, coneguda com a Grup Local. Els investigadors van descobrir tres galàxies nanes ultra tènues que són les primeres de la seva classe que es troben fora del Grup Local al voltant d'una galàxia espiral amb una massa de la Via Làctia. Les galàxies distants presenten característiques similars a les del Grup Local i podrien ajudar els científics a desenvolupar models més precisos de com es van formar les galàxies més antigues de l'univers, segons informen Mutlu-Pakdil i els seus col·legues a The Astrophysical Journal (PDF).

Ho he vist aquí.