Menos de tres meses después de su lanzamiento, la sonda Einstein Probe descubre una explosión de rayos X que podría cambiar la forma en que se explican los estallidos de rayos gamma. El ICE-CSIC y el IEEC están muy involucrados en la misión como parte del comité de gestión científica de la misma.
El 15 de marzo de 2024, el telescopio de rayos X de campo amplio (WXT) de la sonda Einstein Probe detectó un estallido de rayos X de baja energía. En astronomía, se conocen como rayos X ‘blandos’, aunque son mucho más energéticos que la luz visible o la luz ultravioleta. El estallido duró más de 17 minutos y fluctuó en brillo antes de desvanecerse de nuevo. Este evento se conoce como transitorio rápido de rayos X (FXRT, por sus siglas en inglés) y este transitorio en particular fue designado EP240315a. Su estudio se ha publicado hoy en Nature Astronomy, en el que ha participado la investigadora Nanda Rea, del Instituto de Ciencias del Espacio (ICE-CSIC) y del Instituto de Estudios Espaciales de Cataluña (IEEC).
Einstein Probe es una misión de la Academia China de Ciencias (CAS), trabajando en colaboración con la Agencia Espacial Europea (ESA), el Instituto Max Planck de Física Extraterrestre (MPE) de Alemania y el Centro Nacional de Estudios Espaciales (CNES) de Francia.
Fue lanzada desde el Centro de Lanzamiento de Satélites de Xichang en China el 9 de enero de 2024 y se compone de dos instrumentos: el Wide-field X-ray Telescope (WXT), que monitoriza constantemente una gran región del cielo en busca de rayos X inesperados, y el Follow-up X-ray Telescope (FXT), que se centra en las fuentes de rayos X encontradas por el WXT para una observación más detallada.
Según Yuan Liu, de los Observatorios Astronómicos Nacionales de la Academia China de las Ciencias (NAO, CAS) y primer autor del estudio, fue un momento muy especial porque había diseñado el disparador de software integrado para WXT. “Estuvo muy bien ver que el algoritmo funcionó bien para este evento”, afirma.
Ha abierto una nueva ventana al lejano universo de rayos X, prometiendo nuevas vistas de las explosiones del cosmos más lejanas. En menos de tres meses después de su lanzamiento, la sonda descubrió una desconcertante explosión de rayos X que puede cambiar la forma en que se explican las extraordinarias explosiones conocidas como estallidos de rayos gamma (GRB, por sus siglas en inglés).
“La sensibilidad sin precedentes de la sonda Einstein Probe para los eventos transitorios marca un hito significativo en la astrofísica de altas energías, ofreciendo conocimientos sin precedentes sobre la naturaleza de los eventos transitorios rápidos de rayos X extragalácticos y galácticos, y sus orígenes”, afirma la investigadora del ICE-CSIC y del IEEC, la profesora Nanda Rea, coautora del estudio publicado en Nature Astronomy, miembro del equipo científico de la sonda Einstein Probe de la ESA, presidenta del panel temático científico sobre objetos compactos y parte del comité de gestión de la sonda Einstein Probe.
Una antigua explosión
Aproximadamente una hora después de que se observaran los rayos X, un telescopio ubicado en Sudáfrica como parte del sistema ATLAS (Asteroid Terrestrial-Impact Last Alert System) detectó luz visible desde el mismo lugar. Las observaciones de seguimiento realizadas con el telescopio Gemini-North en Hawai y el Very Large Telescope en Chile ofrecieron medidas del corrimiento al rojo que confirmaron que el estallido se había originado a unos 12.500 millones de años luz de distancia y que había iniciado su viaje cósmico hasta nosotros cuando el universo tenía apenas el 10 por ciento de su edad actual.
Esto significa que el evento EP240315a constituye la primera vez que los astrónomos y astrónomas han detectado rayos X blandos durante un período tan largo a partir de una explosión tan antigua.
«La detección de EP240315a demuestra el gran potencial de la sonda Einstein Probe para descubrir fenómenos transitorios del universo temprano. La misión desempeñará un papel importante en las observaciones y colaboraciones internacionales», afirma Xuefeng Wu, investigador del Observatorio Purple Mountain, CAS, y uno de los autores del artículo.
Ondas de radio y rayos X
La rápida detección de EP240315a también permitió al equipo colaborar con Roberto Ricci, de la Universidad de Roma Tor Vergata, Italia. Comenzaron a observar el estallido en longitudes de onda de radio utilizando el Australian Telescope Compact Array (ATCA). Lo monitorizaron durante tres meses y establecieron que la emisión de energía era consistente con un GRB típico.
Los GRB son fenómenos extremadamente potentes que liberan cantidades extraordinarias de energía. Normalmente, los GRB largos se originan en la explosión de estrellas masivas.
En análisis posteriores se descubrió que los rayos X coincidían con un estallido de rayos gamma conocido como GRB 240315C. Este había sido observado por el Burst Alert Telescope (BAT) del Neil Gehrels Swift Observatory de la NASA y por el instrumento Konus de la Federación Rusa en el satélite Wind de la NASA.
“Estos resultados muestran que una fracción sustancial de las FXRT pueden estar asociadas con GRB y que los monitorizadores sensibles a rayos X, como la sonda Einstein Probe, pueden localizarlas en el universo distante”, afirma Ricci. “Combinar el poder de las observaciones de rayos X y ondas de radio nos ofrece una nueva forma de explorar estas antiguas explosiones incluso sin detectar sus rayos gamma”.
Sin embargo, todavía queda un misterio por resolver. Aunque los GRB están asociados a los rayos X, EP240315a es diferente.
Repensando nuestra comprensión de los estallidos de rayos gamma
Por lo general, se observa que los rayos X preceden a los rayos gamma por unas pocas decenas de segundos, pero EP240315a fue visto más de seis minutos (372 segundos) antes que GRB 240315C. «Nunca antes se había observado un retraso tan largo», dice Hui Sun, miembro del equipo del Centro Científico de la Sonda Einstein Probe en NAO, CAS.
Combinar esto con la duración inesperadamente larga de los rayos X podría indicarnos que no entendemos la manera en que los GRB estallan tan bien como se pensaba hasta ahora.
“Esto nos dice algo realmente nuevo y tal vez tengamos que repensar los modelos que tenemos para los estallidos de rayos gamma”, dice Weimin Yuan, NAO, investigador principal de la sonda Einstein Probe de CAS.
El tiempo y más datos serán de ayuda. Aunque las misiones anteriores han podido detectar rayos X blandos, la sensibilidad superior y el campo de visión de la sonda Einstein Probe realmente abren esta ventana. “Este es solo el punto de partida y realmente demuestra el potencial de la sonda Einstein Probe para detectar explosiones cósmicas del universo temprano”, dice Weimin Yuan.
«En cuanto abrimos los ojos de la sonda Einstein Probe al cielo, descubrimos fenómenos nuevos e interesantes. Eso es bastante positivo y debería significar que quedan muchos más descubrimientos interesantes por venir», afirma Erik Kuulkers, científico del proyecto Einstein Probe de la ESA.
Artículos de referencia:
‘Soft X-ray prompt emission from the high-redshift gamma-ray burst EP240315a’ by Liu et al., Nature Astronomy. https://www.nature.com/articles/s41550-024-02449-8
‘Long-term radio monitoring of the fast X-ray transient EP240315a: evidence for a relativistic jet’ by Ricci et al., The Astrophysical Journal Letters. DOI: 10.3847/2041-8213/ad8b3f https://iopscience.iop.org/article/10.3847/2041-8213/ad8b3f
Representación de la sonda Einstein Probe. Créditos: OPENVERSE/Einstein Probe Science Center.