Un hallazgo en la nebulosa
Un grupo de investigadores del IAFE obtuvo la primera evidencia de emisión de rayos gamma proveniente de una nebulosa protoplanetaria, una fuente que no estaba catalogada como productora de tan altas energías. El trabajo abre la puerta a la elaboración de nuevos modelados físicos teóricos sobre aceleración de partículas.
Investigadores del Instituto de Astronomía y Física del Espacio (IAFE, UBA-CONICET,) obtuvieron la primera evidencia observacional de la emisión de rayos gamma proveniente de una nebulosa protoplanetaria. El trabajo fue publicado en la revista Monthly Notices of the Royal Astronomical Society y sugiere por primera vez que los jets o chorros de materia que eyecta una nebulosa naciente pueden generar ese tipo de radiación, la más energética del universo.
“La emisión de rayos gamma que observamos a través de los telescopios involucra una amplia variedad de objetos astrofísicos. Para comprender los procesos físicos involucrados en la producción de esa radiación, es necesario estudiar esos objetos”, explica Martín Ortega, uno de los físicos involucrados en el trabajo.
La radiación gamma es, en todo el espectro electromagnético, la más energética del universo, y es generada por diversos procesos físicos de altas energías. La mayor parte de las fuentes de rayos gamma están registradas en el catálogo del satélite Fermi-LAT, que reúne 14 años de observaciones. “Ese instrumento va barriendo y registrando todas las emisiones de rayos gamma, y con esa información, los astrofísicos explican qué es cada una de esas fuentes –puntualiza Sergio Paron–. En muchos casos se trata de núcleos activos de galaxias, o sea agujeros negros muy masivos que van comiendo materia de alrededor y en ese proceso emiten radiación gamma, que viaja y llega hasta nosotros”.
La radiación gamma es, en todo el espectro electromagnético, la más energética del universo, y es generada por diversos procesos físicos de altas energías.
“Otras fuentes de rayos gamma son los púlsares –agrega Alberto Petriella, también, como sus colegas, especializado en formación estelar–. Un púlsar es una estrella de neutrones, el objeto estelar que queda remanente después de una explosión de supernova, que es el final de la vida de una estrella muy masiva, ocho o más veces más grande que la masa del Sol”.
También puede producirse radiación gamma cuando estas explosiones de supernova entran en contacto con el gas interestelar. Pero lo cierto es que muchas de estas fuentes de alta energía, ya registradas, permanecen sin asociar a un objeto astrofísico determinado. Y una de ellas era la catalogada como 4FGL J1846.9–0227, que atrajo la atención de los investigadores argentinos, que integran el Grupo de Medio Interestelar, Formación Estelar y Astroquímica del IAFE.
Dos trabajos previos habían sugerido que esa radiación gamma estaba asociada a un blazar, o bien a la presencia de una protoestrella masiva, pero ninguno de los dos aportaba conclusiones sólidas. Con el objetivo de revelar la naturaleza de esta fuente, los científicos argentinos encararon un estudio multiespectral de esa región del espacio, utilizando los datos disponibles de distintos telescopios de largo alcance, como el ALMA (Atacama Large Millimeter Array), en el desierto del norte de Chile; el Very Large Array en Socorro, Nuevo México; y el satélite de rayos X XMM-Newton, entre otros.
La conclusión es que esa nebulosa protoplanetaria, llamada IRAS 18443−0231, es la fuente más probable de los rayos gamma.
Otra fuente emisora candidata era un sistema binario simbiótico, es decir, de dos estrellas, una gigante roja al lado de una enana blanca, una estrella muerta que la orbita. Bajo ciertas condiciones, un sistema así puede producir emisiones gamma: cuando la enana blanca, por la atracción gravitatoria, le va extrayendo material a la gigante roja, puede ocurrir una explosión de nova. Sin embargo, no había evidencia de un evento de nova asociado a ese sistema, que además está muy cerca de la Tierra en términos astronómicos –entre 300 y 400 años luz– y debería haber sido detectado. Por lo tanto, también lo descartaron.
“Pues bien, prácticamente en el centro de la elipse que indica la posición de donde proviene la radiación, sólo nos quedaba ese objeto, inicialmente catalogado como nebulosa planetaria –señala Paron–. Lo estudiamos en distintas longitudes de onda, y vimos que en ondas de radio mostraba que había aceleración de partículas. Finalmente observamos, al completar el análisis multiespectral, que tenía jets de materia. Y entonces no tuvimos dudas”.
Alberto Petriella, Sergio Paron y Martín Ortega. Fotografía: Luiza Cavalcante.
Las estrellas de baja masa, como nuestro Sol, terminan como una nebulosa planetaria. Lentamente van perdiendo todo su material, y se va generando una nebulosa en cuyo centro muchas veces sigue brillando lo que queda de la estrella. “A eso llamamos ‘nebulosa planetaria’, que no tiene nada que ver con los planetas. Es una confusión conceptual histórica: cuando se las empezó a observar, allá por el siglo XVIII, se creía que eran planetas, de ahí el nombre”, explica Paron.
¿Qué es entonces una nebulosa protoplanetaria? “Es el momento justo cuando la nebulosa planetaria se empieza a formar –prosigue el físico del IAFE–, cuando empieza a perder material. No ocurre tan lentamente como a lo largo de la etapa posterior, sino que hay un cierto momento un poco más violento, que se da a través de la expulsión de chorros de materia. Esos chorros aceleran las partículas que se encuentran en el ambiente, y esa aceleración de partículas, y esto es lo novedoso de nuestra observación, puede dar lugar a la emisión de rayos gamma”.
Al número de fuentes que pueden producir rayos gamma, se estaría agregando una nueva, que son las nebulosas protoplanetarias.
“Una particularidad de esta fase es que dura muy poco: decenas de miles de años, nada para la vida de una estrella. Precisamente por eso es una fase muy difícil de detectar per se. En las pocas nebulosas protoplanetarias que se conocían, la estrella emitía esos jets bipolares, chorros de materia por los polos, pero esa eyección, hasta donde se sabía, no llegaba a ser lo suficientemente energética como para disparar la emisión de rayos gamma. Pero este objeto sí lo es. Eso es lo novedoso del trabajo”, sostiene Ortega.
La conclusión, en fin, es que esa nebulosa protoplanetaria, llamada IRAS 18443−0231, es la fuente más probable de los rayos gamma. “Sería, por lo tanto, el primer reporte de un objeto astrofísico de este tipo relacionado con la emisión de la más alta energía. Al número de fuentes que pueden producir rayos gamma, estaríamos agregando una nueva, que son las nebulosas protoplanetarias”, concluye Petriella.
“Lo que sigue –agrega Ortega– es, a partir de nuevas observaciones multiespectrales, comprender cuáles son los mecanismos de producción de rayos gamma para este tipo de fuente. Y revisar, además, estudios previos sobre estos eventos, que son poco frecuentes. Porque esta fuente ya estaba catalogada en la literatura científica como un blázar, asociado a un agujero negro. Una revisión debería apuntar a identificar otros eventos similares”.
“El estudio de las emisiones de rayos gamma es un rama de la astrofísica en pleno desarrollo. Este hallazgo –cierra Paron– de un nuevo tipo de evento que genera esa radiación, abre la puerta a la elaboración de nuevos modelados físicos teóricos sobre aceleración de partículas, que ahora tendrán que explicarlo”.
