Estallidos cósmicos en un nuevo sistema binario de rayos gamma.

Nueva fuente emisora de rayos gamma.

El púlsar PSR J2032+4127 en su momento de máximo acercamiento a la estrella MT91 213, una estrella azul con un disco de materia a su alrededor. Crédito: NASA’s Goddard Space Flight Center.

Una campaña conjunta de observación, realizada con los telescopios MAGIC del Observatorio del Roque de los Muchachos (Garafía, La Palma) y la red VERITAS del Observatorio Fred Lawrence Whipple (Tucson, Arizona), ha detectado una nueva fuente emisora de rayos gamma de muy alta energía procedente de un inusual sistema formado por una estrella masiva y un púlsar. El estudio acaba de ser publicado en la prestigiosa revista Astrophysical Journal Letters.

Una colaboración internacional entre los telescopios MAGIC del Observatorio Roque de los Muchachos (ORM) y la red VERITAS del Observatorio Fred Lawrence Whipple (FLWO) ha descubierto una emisión de rayos gamma de muy alta energía procedente del sistema binario PSR J2032+4127/MT91 213, una excéntrica pareja de estrellas unidas gravitacionalmente con un periodo orbital de 50 años.

Los sistemas binarios emisores de rayos gamma son objetos atípicos. En estos sistemas, una estrella de neutrones o un agujero negro, remanentes de la etapa final de la evolución estelar, orbitan alrededor de una estrella masiva. Pocos sistemas binarios se han detectado en el dominio de los rayos gamma de muy alta energía. Hasta ahora, se han descubierto menos de 10 fuentes de este tipo, aunque, en la mayoría de los casos, se desconoce la naturaleza del objeto compacto o remanente estelar, es decir, si se trata de una estrella de neutrones o de un agujero negro.

Una oportunidad única.

Telescopios MAGIC en el Observatorio del Roque de los Muchachos (Garfía, La Palma)
con luminiscencia nocturna o airglow (fenómeno sólo visble en cielos oscuros y
sin contaminación lumínica). Crédito: Daniel López / IAC.

En 2002, los telescopios HEGRA en La Palma detectaron una emisión de rayos gamma a partir de una fuente extensa de naturaleza no identificada: TeV J2032+4130. No fue hasta 2008 que el satélite Fermi-LAT descubrió una estrella de neutrones altamente magnetizada o púlsar, con el nombre de PSR J2032+4127, que parecía ser la responsable de la emisión de esta fuente desconocida. La sorpresa llegó en 2015 cuando se conoció que este púlsar está, en realidad, emparejado con la estrella MT91 213 y que necesita 50 años para completar una órbita a su alrededor. Sin embargo, lo más interesante para la comunidad de rayos gamma de este descubrimiento era que el acercamiento más cercano entre el púlsar y la estrella iba a ocurrir en noviembre de 2017. Según Alicia López Oramas, investigadora del Instituto de Astrofísica de Canarias (IAC) y una de las principales autoras del estudio, “durante esta aproximación se esperaba que un sistema tan único emitiera rayos gamma de muy alta energía y esta oportunidad no podía desaprovecharse”.

Inmediatamente se puso en marcha una campaña conjunta de observación para detectar estallidos cósmicos procedentes de este sistema binario. Durante 2016, ambos observatorios empezaron a buscar emisiones de esta fuente, pero todo lo que pudieron detectar fue la emisión extensa de TeV J2032+4130. "Esta fuente es probablemente una nebulosa, el caparazón de un remanente de supernova, que está siendo alimentada por el púlsar, explica Ralph Bird, investigador de la Universidad de California Los Ángeles, así que, durante 2016, todo lo que pudimos ver, después de 50 horas de observaciones, fue la débil emisión de esta fuente".

Los hechos emocionantes llegaron en 2017. En septiembre de ese año, antes del acercamiento previsto, los astrónomos detectaron por primera vez un aumento en la emisión del nuevo sistema binario de rayos gamma. “El flujo de rayos gamma duplicó el valor medido desde la fuente extensa”, aclara Tyler Williamson, estudiante de posgrado de la Universidad de Delaware (UD). Sin embargo, el acontecimiento más asombroso tuvo lugar en noviembre. “Durante la aproximación más cercana entre la estrella y el púlsar, el flujo aumentó en 10 veces en una sola noche”, recuerda Jamie Holder, profesor del departamento de Física y Astronomía de la UD.

Un futuro prometedor.

Emisión de la binaria según MAGIC en distintos días durante la aproximación en
noviembre de 2017. Crédito: Colaboración MAGIC.

Antes de esta detección, tan solo se conocía otro sistema binario de rayos gamma con un púlsar identificado. En ambos casos, las partículas son aceleradas en el choque creado entre el viento estelar y el púlsar produciendo la emisión de rayos gamma. "El conocimiento de la naturaleza del objeto compacto permite estudiar adecuadamente la aceleración de las partículas y los modelos de emisión de rayos gamma", explica Oscar Blanch Bigas, investigador del Institut de Física d’Altes Energies (IFAE).

La Red de Telescopios Cherenkov (CTA por sus siglas en inglés), un observatorio de nueva generación que acaba de inaugurar el prototipo del que puede que sea su primer telescopio de gran tamaño o Large Size Telescope (LST-1) en el ORM, ayudará a detectar nuevos sistemas binarios de rayos gamma. "Con una población estimada de entre 100 y 200 sistemas binarios de rayos gamma en nuestra galaxia, CTA probablemente revelará la naturaleza de estos sistemas y aportará nuevos conocimientos sobre su evolución", concluye Javier Herrera Llorente, investigador que ha participado en el estudio y gestor del proyecto CTA en el IAC.

La comunidad española participa en MAGIC desde sus inicios a través de varios centros de investigación públicos, entre ellos, el IAC, el IFAE, la Universidad Autónoma de Barcelona (UAB), la Universidad de Barcelona (UB) y la Universidad Complutense de Madrid (UCM). Además, el centro de datos de MAGIC es el Port d'Informació Científica (PIC), una colaboración del IFAE y el Centro de Investigaciones Energéticas, Medioambientales y Tecnológicas (CIEMAT).

Artículo: MAGIC and VERITAS Collaboration et al. "Periastron Observations of TeV Gamma-Ray Emission from a Binary System with a 50-year Period", The Astrophysical Journal Letters, Volume 867, Number 1, Oct. 2018, http://iopscience.iop.org/article/10.3847/2041-8213/aae70e/meta

Contacto en IAC:

Alicia López Oramas (alicia.lopez@iac.es)

Javier Herrera Llorente (jaherllo@iac.es)

Contacto en MAGIC:

Razmik Mirzoyan, portavoz de la colaboración MAGIC (Razmik.Mirzoyan@mpp.mpg.de)

Contacto en VERITAS:

Reshmi Mukherjee, portavoz de la colaboración VERITAS (rm34@columbia.edu)

• Publicado en el IAC el  13 de noviembre del 2.018, enlace artículo.