Descubren que las novas, un tipo de explosiones en sistemas dobles de estrellas, se expanden sin freno

Las novas son fenómenos estelares explosivos que producen un cascarón de material en expansión y que, al contrario que las supernovas, no implican la desaparición de la estrella progenitora. Conocidas desde hace siglos, su evolución en el tiempo apenas ha sido estudiada y los modelos predecían una reducción de su velocidad de expansión a la mitad después de entras novas son fenómenos estelares explosivos que producen un cascarón de material en expansión y que, al contrario que las supernovas, no implican la desaparición de la estrella progenitora. Conocidas desde hace siglos, su evolución en el tiempo apenas ha sido estudiada y los modelos predecían una reducción de su velocidad de expansión a la mitad después de entre cincuenta y cien años. Ahora, un estudio revela que la expansión de las novas es imparable hasta su final.

Las novas se producen en sistemas binarios de estrellas en los que una de las componentes es una enana blanca (el denso núcleo de una estrella de tipo solar que ha expulsado su atmósfera). La enana blanca captura material de su estrella compañera y forma una capa de hidrógeno superficial que, al alcanzar cierta masa crítica, desencadena una explosión -una nova- que hace aumentar en miles de veces su brillo y que expulsa las capas externas a velocidades de cientos o miles de kilómetros por segundo. Pasado un tiempo, el sistema se estabiliza y el proceso de acumulación de materia sobre la enana blanca se retoma entre cincuenta y cien años. Ahora, un estudio  en el que participa el Instituto de Astrofísica de Andalucía (IAA-CSIC) revela que la expansión de las novas es imparable hasta su final.

Las novas se producen en sistemas binarios de estrellas en los que una de las componentes es una enana blanca (el denso núcleo de una estrella de tipo solar que ha expulsado su atmósfera). La enana blanca captura material de su estrella compañera y forma una capa de hidrógeno superficial que, al alcanzar cierta masa crítica, desencadena una explosión -una nova- que hace aumentar en miles de veces su brillo y que expulsa las capas externas a velocidades de cientos o miles de kilómetros por segundo. Pasado un tiempo, el sistema se estabiliza y el proceso de acumulación de materia sobre la enana blanca se retoma.

“Este material forma un cascarón que se expande rápidamente y que pronto podemos observar con telescopios espaciales y terrestres –apunta Martín A. Guerrero, investigador del Instituto de Astrofísica de Andalucía (IAA-CSIC) que participa en el trabajo–. La evolución completa de una nova ocurre en escalas similares a las de la vida humana, de modo que podemos presenciar todo el proceso y establecer comparaciones con eventos similares, pero mucho más extensos en el tiempo, como la formación de las nebulosas planetarias o las explosiones de supernova”.

Se sabe que la evolución de las novas depende del propio evento explosivo y de la interacción del material expulsado con el medio que rodea a las estrellas, que pueden incluso presentar una envoltura común. Sin embargo, la evolución de la expansión del material apenas se conoce y hasta ahora solo disponíamos de modelos simplificados que apuntaban a una pérdida de velocidad del 50% de su valor inicial pasado un intervalo de tiempo de entre cincuenta y cien años tras el estallido de la nova.

Combinación de imágenes de la nova DQ Her en rayos X (azul) obtenidas con el telescopio espacial Chandra y H-alfa (rojo) del Nordic Optical Telescope. Los contornos trazan la emisión en rayos X del flujo magnetizado que emana de DQ Her. (Toalá et al. 2020).

“La disponibilidad de imágenes a largo plazo de alta calidad de los cascarones de las novas en archivos astronómicos es una mina de oro para evaluar su expansión”, señala Martín A. Guerrero (IAA-CSIC). Así, el grupo de investigadores empleó datos de archivo, que se complementaron con imágenes actuales tomadas con el Nordic Optical Telescope, en la isla de La Palma, para investigar la expansión angular de cinco cascarones de nova con edades de entre cincuenta y ciento treinta años.

Y, contrariamente a las expectativas teóricas, las novas de la muestra presentan una expansión sin freno que continuará hasta su final, cuando se diluyan en el medio interestelar. “La energía mecánica y el impulso del material en el cascarón de una nova es, por lo visto, lo suficientemente grande como para barrer sin freno el material presente alrededor de la enana blanca”, afirma Edgar Iván Santamaría, investigador de la Universidad de Guadalajara (México) que encabeza el trabajo.

El caso mejor estudiado en esta muestra es DQ Her, un sistema variable cataclísmico (un par de estrellas que muestra súbitos e intensos cambios de brillo) que experimentó una explosión en diciembre de 1934. DQ Her presenta una expansión muy veloz, una característica que llevó al equipo investigador a estudiar su contenido de gas caliente con los satélites de rayos X Chandra y XMM-Newton.

“Para nuestra sorpresa, observamos que el material expulsado en la nova presenta un chorro magnetizado. Este chorro revela que, tras la explosión de 1934, el fuerte campo magnético de la enana blanca del sistema ha tomado el control del proceso de captura de material que, nuevamente, se está acumulando en su superficie”, señala Jesús A. Toalá, investigador del Instituto de Radioastronomía y Astrofísica (IRyA, Morelia, México) que encabezó la investigación sobre DQ Her.