Menys de tres mesos després del seu llançament, la sonda Einstein Probe descobreix una explosió de raigs X que podria canviar la manera com s’expliquen els esclats de raigs gamma. L’ICE-CSIC i l’IEEC estan molt involucrats en la missió com a part del comitè de gestió científica d’aquesta.
El 15 de març de 2024, el telescopi de raigs X de camp ampli (WXT) de la sonda Einstein Probe va detectar un esclat de raigs X de baixa energia. En astronomia, es coneixen com a raigs X tous, encara que són molt més energètics que la llum visible o la llum ultraviolada. L’esclat va durar més de 17 minuts i va fluctuar en brillantor abans d’esvair-se de nou. Aquest esdeveniment es coneix com a transitori ràpid de raigs X (FXRT, per les sigles en anglès) i aquest transitori en particular va ser designat EP240315a. El seu estudi s’ha publicat avui a Nature Astronomy, en el qual ha participat la investigadora Nanda Rea, de l’Institut de Ciències de l’Espai (ICE-CSIC) i de l’Institut d’Estudis Espacials de Catalunya (IEEC).
Einstein Probe és una missió de l’Acadèmia Xinesa de Ciències (CAS), treballant en col·laboració amb l’Agència Espacial Europea (ESA), l’Institut Max Planck de Física Extraterrestre (MPE) d’Alemanya i el Centre Nacional d’Estudis Espacials (CNES) de França.
Va ser llançada des del Centre de Llançament de Satèl·lits de Xichang a la Xina el 9 de gener de 2024 i es compon de dos instruments: el Wide-field X-ray Telescope (WXT), que monitora constantment una gran regió del cel a la recerca de raigs X inesperats, i el Follow-up X-ray Telescope (FXT), que se centra a les fonts de raigs X trobades pel WXT per a una observació més detallada.
Segons Yuan Liu, dels Observatoris Astronòmics Nacionals de l’Acadèmia Xinesa de les Ciències (NAO, CAS) i primer autor de l’estudi, va ser un moment molt especial perquè havia dissenyat el disparador de programari integrat per a WXT. “Va estar molt bé veure que l’algorisme va funcionar bé per a aquest esdeveniment”, afirma.
Ha obert una nova finestra a l’univers llunyà de raigs X, prometent noves vistes de les explosions del cosmos més llunyanes. Menys de tres mesos després del seu llançament, la sonda va descobrir una desconcertant explosió de raigs X que pot canviar la manera com s’expliquen les extraordinàries explosions conegudes com a esclats de raigs gamma (GRB, per les seves sigles en anglès).
“La sensibilitat sense precedents de la sonda Einstein Probe per als esdeveniments transitoris marca una fita significativa a l’astrofísica d’altes energies, oferint coneixements sense precedents sobre la naturalesa dels esdeveniments transitoris ràpids de raigs X extragalàctics i galàctics, i els seus orígens”, afirma la investigadora de l’ICE-CSIC i de l’IEEC, la professora Nanda Rea, coautora de l’estudi publicat a Nature Astronomy, membre de l’equip científic de la sonda Einstein Probe de l’ESA, presidenta del panell temàtic científic sobre objectes compactes i part del comitè de gestió de la sonda Einstein Probe.
Una antiga explosió
Aproximadament una hora després que s’observessin els raigs X, un telescopi ubicat a Sud-àfrica com a part del sistema ATLAS (Asteroid Terrestrial-Impact Last Alert System) va detectar llum visible des del mateix lloc. Les observacions de seguiment realitzades amb el telescopi Gemini-North a Hawaii i el Very Large Telescope a Xile van oferir mesures del desplaçament cap al roig que van confirmar que l’esclat s’havia originat a uns 12.500 milions d’anys llum de distància i que havia iniciat el viatge còsmic fins a nosaltres quan l’univers només tenia el 10% de la seva edat actual.
Això vol dir que l’esdeveniment EP240315a constitueix la primera vegada que els astrònoms i astrònomes han detectat raigs X tous durant un període tan llarg a partir d’una explosió tan antiga.
“La detecció d’EP240315a demostra el gran potencial de la sonda Einstein Probe per descobrir fenòmens transitoris de l’univers primerenc. La missió jugarà un paper important en les observacions i col·laboracions internacionals”, afirma Xuefeng Wu, investigador de l’Observatori Purple Mountain, CAS, i un dels autors de l’article.
Ones de ràdio i raigs X
La ràpida detecció d’EP240315a també va permetre a l’equip col·laborar amb Roberto Ricci, de la Universitat de Roma Tor Vergata, Itàlia. Van començar a observar l’esclat en longituds d’ona de ràdio utilitzant l’Australian Telescope Compact Array (ATCA). Van monitorar-lo durant tres mesos i van establir que l’emissió d’energia era consistent amb un GRB típic.
Els GRB són fenòmens extremadament potents que alliberen quantitats extraordinàries d’energia. Normalment, els GRB llargs s’originen a l’explosió d’estrelles massives.
En anàlisis posteriors es va descobrir que els raigs X coincidien amb un esclat de raigs gamma conegut com a GRB 240315C. Aquest havia estat observat pel Burst Alert Telescope (BAT) del Neil Gehrels Swift Observatory de la NASA i per l’instrument Konus de la Federació Russa al satèl·lit Wind de la NASA.
“Aquests resultats mostren que una fracció substancial de les FXRT poden estar associades amb GRB i que els monitoritzadors sensibles a raigs X, com la sonda Einstein Probe, poden localitzar-les a l’univers distant”, afirma Ricci. “Combinar el poder de les observacions de raigs X i ones de ràdio ens ofereix una nova manera d’explorar aquestes antigues explosions fins i tot sense detectar-ne els raigs gamma”.
Tanmateix, encara queda un misteri per resoldre. Tot i que els GRB estan associats als raigs X, EP240315a és diferent.
Repensant la nostra comprensió dels esclats de raigs gamma
En general, s’observa que els raigs X precedeixen els raigs gamma per unes poques desenes de segons, però EP240315a va ser vist més de sis minuts (372 segons) abans que GRB 240315C. “No s’havia observat mai un retard tan llarg”, diu Hui Sun, membre de l’equip del Centre Científic de la Sonda Einstein Probe a NAO, CAS.
Combinar això amb la durada inesperadament llarga dels raigs X podria indicar-nos que no entenem la manera com els GRB esclaten tan bé com es pensava fins ara.
“Això ens diu una cosa realment nova i potser haurem de repensar els models que tenim per als esclats de raigs gamma”, diu Weimin Yuan, NAO, investigador principal de la sonda Einstein Probe de CAS.
El temps i més dades seran d’ajuda. Tot i que les missions anteriors han pogut detectar raigs X tous, la sensibilitat superior i el camp de visió de la sonda Einstein Probe realment obren aquesta finestra. “Aquest és només el punt de partida i realment demostra el potencial de la sonda Einstein Probe per detectar explosions còsmiques de l’univers primerenc”, diu Weimin Yuan.
“Tan aviat vam obrir els ulls de la sonda Einstein Probe al cel, vam descobrir fenòmens nous i interessants. Això és força positiu i hauria de significar que queden molts més descobriments interessants per venir”, afirma Erik Kuulkers, científic del projecte Einstein Probe de l’ESA.
Articles de referència:
‘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
Representació de la sonda Einstein Probe. Crèdits: OPENVERSE/Einstein Probe Science Center.