Estrella nueva

Una nova es un evento astronómico transitorio que causa la aparición repentina de una estrella brillante, aparentemente "nueva" (de ahí el nombre "nova", del latín "new"; la forma abreviada de "stella nova", del latín "new star") que se desvanece lentamente durante semanas o meses. Todas las novas observadas involucran enanas blancas en sistemas binarios cercanos , pero las causas de la aparición dramática de una nova varían, dependiendo de las circunstancias de las dos estrellas progenitoras. Las principales subclases de novas son las novas clásicas, las novas recurrentes (RNe) y las novas enanas . Todas ellas se consideran estrellas variables cataclísmicas .

Las erupciones de nova clásicas son el tipo más común. Este tipo generalmente se crea en un sistema estelar binario cercano que consta de una enana blanca y una estrella de secuencia principal , subgigante o gigante roja . Si el período orbital del sistema es de unos pocos días o menos, la enana blanca está lo suficientemente cerca de su estrella compañera como para atraer materia acumulada en su superficie, creando una atmósfera densa pero poco profunda . Esta atmósfera, compuesta principalmente de hidrógeno , es calentada por la enana blanca caliente y finalmente alcanza una temperatura crítica, lo que provoca la ignición de una fusión nuclear descontrolada . El repentino aumento de energía expulsa la atmósfera al espacio interestelar, creando la envoltura que se observa como luz visible durante el evento de nova. En siglos pasados, se pensaba que tal evento era una nueva estrella. Algunas novas producen remanentes de nova de corta duración , que perduran quizás durante varios siglos.

Una nova recurrente implica los mismos procesos que una nova clásica, excepto que el evento de nova se repite en ciclos de unas pocas décadas o menos, ya que la estrella compañera vuelve a alimentar la densa atmósfera de la enana blanca después de cada ignición, como en la estrella T Coronae Borealis .

En determinadas condiciones, la acreción de masa puede desencadenar una fusión descontrolada que destruye la enana blanca en lugar de simplemente expulsar su atmósfera. En este caso, el evento se clasifica generalmente como una supernova de tipo Ia .

Las novas ocurren con mayor frecuencia en el cielo a lo largo de la Vía Láctea , especialmente cerca del Centro Galáctico observado en Sagitario; sin embargo, pueden aparecer en cualquier parte del cielo. Ocurren con mucha más frecuencia que las supernovas galácticas , con un promedio de unas diez por año en la Vía Láctea. La mayoría se encuentran con telescopio, quizás solo una cada 12-18 meses alcanza la visibilidad a simple vista . Las novas que alcanzan la primera o segunda magnitud ocurren solo unas pocas veces por siglo. La última nova brillante fue V1369 Centauri , que alcanzó la magnitud 3,3 el 14 de diciembre de 2013. ^{[ 1 ]}

Durante el siglo XVI, el astrónomo Tycho Brahe observó la supernova SN 1572 en la constelación de Casiopea . La describió en su libro De nova stella ( en latín , «Sobre la nueva estrella»), dando origen a la adopción del nombre nova . En esta obra, argumentó que un objeto cercano debería verse moverse con respecto a las estrellas fijas, y por lo tanto, la nova debía estar muy lejos. Aunque posteriormente se descubrió que SN 1572 era una supernova y no una nova, los términos se consideraron intercambiables hasta la década de 1930. ^{[ 2 ]} Después de esto, las novas se denominaron novas clásicas para distinguirlas de las supernovas , ya que se pensaba que sus causas y energías eran diferentes, basándose únicamente en la evidencia observacional.

Aunque el término "stella nova" significa "estrella nueva", las novas suelen producirse en enanas blancas , que son restos de estrellas extremadamente antiguas.

La evolución de las novas potenciales comienza con dos estrellas de la secuencia principal en un sistema binario. Una de ellas evoluciona hasta convertirse en una gigante roja , dejando su núcleo remanente de enana blanca en órbita con la estrella restante. La segunda estrella —que puede ser una estrella de la secuencia principal o una gigante envejecida— comienza a desprender su envoltura sobre su compañera enana blanca cuando desborda su lóbulo de Roche . Como resultado, la enana blanca captura gradualmente materia de la atmósfera exterior de la compañera en un disco de acreción, y a su vez, la materia acrecionada cae en la atmósfera. Dado que la enana blanca está compuesta de materia degenerada , el hidrógeno acrecionada no puede expandirse aunque su temperatura aumente. La fusión desbocada ocurre cuando la temperatura de esta capa atmosférica alcanza aproximadamente 20 millones de K , iniciando la combustión nuclear a través del ciclo CNO . ^{[ 3 ]} 

Si la tasa de acreción es la adecuada, la fusión de hidrógeno puede ocurrir de manera estable en la superficie de la enana blanca, dando lugar a una fuente de rayos X supersuaves , pero para la mayoría de los parámetros de los sistemas binarios, la combustión de hidrógeno es térmicamente inestable y convierte rápidamente una gran cantidad de hidrógeno en otros elementos químicos más pesados ​​en una reacción descontrolada , ^{[ 2 ]} liberando una enorme cantidad de energía. Esto expulsa los gases restantes de la superficie de la enana blanca y produce un estallido de luz extremadamente brillante.

El aumento hasta el brillo máximo puede ser muy rápido o gradual; después del pico, el brillo disminuye de forma constante. ^{[ 4 ]} El tiempo que tarda una nova en decaer en 2 o 3  magnitudes desde su brillo óptico máximo se utiliza para agrupar las novas en clases de velocidad. Las novas rápidas suelen tardar menos de 25  días en decaer en 2  magnitudes, mientras que las novas lentas tardan más de 80  días. ^{[ 5 ]}

A pesar de su violencia, la cantidad de material eyectado en una nova suele ser de solo alrededor de 1/10 000 de una masa solar , bastante pequeña en relación con la masa de la enana blanca. Además, solo el cinco por ciento de la masa acrecentada se fusiona durante el estallido de energía. ^{[ 2 ]} No obstante, esta energía es suficiente para acelerar la eyección de la nova a velocidades de hasta varios miles de kilómetros por segundo —mayores para las novas rápidas que para las lentas— con un aumento simultáneo de la luminosidad de unas pocas veces la solar a 50 000–100 000  veces la solar. ^{[ 2 ] [ 6 ]} En 2010, científicos que utilizaban el Telescopio Espacial de Rayos Gamma Fermi de la NASA descubrieron que una nova también puede emitir rayos gamma (>100  MeV). ^{[ 7 ]}

Potencialmente, una enana blanca puede generar múltiples novas con el tiempo a medida que el hidrógeno adicional se acumula en su superficie desde su estrella compañera . Cuando se observa este fenómeno de erupción repetida, el objeto se denomina nova recurrente. Un ejemplo es RS Ophiuchi , que se sabe que ha tenido siete erupciones (en 1898, 1933, 1958, 1967, 1985, 2006 y 2021). Eventualmente, la enana blanca puede explotar como una supernova de tipo  Ia si se acerca al límite de Chandrasekhar .

Ocasionalmente, las novas son lo suficientemente brillantes y están lo suficientemente cerca de la Tierra como para ser visibles a simple vista. El ejemplo más brillante reciente fue Nova Cygni 1975. Esta nova apareció el 29  de agosto de 1975, en la constelación de Cygnus , a unos 5 grados al norte de Deneb , y alcanzó una magnitud de  2.0 (casi tan brillante como Deneb ). Las más recientes fueron V1280 Scorpii , que alcanzó una magnitud de  3.7 el 17  de febrero de 2007, y Nova Delphini 2013. Nova Centauri 2013 fue descubierta el 2  de diciembre de 2013 y hasta ahora es la nova más brillante de este milenio , alcanzando una magnitud de  3.3.

Los astrónomos han estimado que la Vía Láctea experimenta aproximadamente entre 25 y 75 novas por año. ^{[ 10 ]} El número de novas observadas realmente en la Vía Láctea cada año es mucho menor, alrededor de 10, ^{[ 11 ]} probablemente porque las novas distantes están oscurecidas por la absorción de gas y polvo. ^{[ 11 ]} Hasta 2019, se habían registrado 407 novas probables en la Vía Láctea. ^{[ 11 ]} En la galaxia de Andrómeda , se descubren aproximadamente 25 novas más brillantes que la magnitud 20 cada año, y se observan números menores en otras galaxias cercanas. ^{[ 12 ]}

La observación espectroscópica de las nebulosas eyectadas por las novas ha demostrado que están enriquecidas en elementos como helio, carbono, nitrógeno, oxígeno, neón y magnesio. ^{[ 2 ]} Las explosiones clásicas de novas se consideran ahora una fuente importante, y posiblemente dominante, de enriquecimiento de litio en el disco galáctico, según modelos recientes de evolución química galáctica. ^{[ 13 ] [ 14 ] [ 15 ]} La contribución de las novas al medio interestelar no es grande; las novas aportan solo 1/50 de la cantidad de material a la galaxia que aportan las supernovas, y solo 1/200 de la cantidad que aportan las estrellas gigantes rojas y supergigantes . ^{[ 2 ]}

Las novas recurrentes observadas, como RS Ophiuchi (aquellas con periodos del orden de décadas), son raras. Sin embargo, los astrónomos teorizan que la mayoría, si no todas, las novas se repiten, aunque en escalas de tiempo que van desde 1000 hasta 100 000 años. ^{[ 16 ]} El intervalo de recurrencia de una nova depende menos de la tasa de acreción de la enana blanca que de su masa; con su potente gravedad, las enanas blancas masivas requieren menos acreción para alimentar una erupción que las de menor masa. ^{[ 2 ]} En consecuencia, el intervalo es más corto para las enanas blancas de alta masa. ^{[ 2 ]}

V Sagittae es inusual porque el momento de su próxima erupción se puede predecir con bastante precisión; se espera que vuelva a ocurrir aproximadamente en 2083, con un margen de error de unos 11 años. ^{[ 17 ]}

Algunas novas dejan tras de sí nebulosidad visible , material expulsado en la explosión de la nova o en explosiones múltiples. ^{[ 21 ]}

Las novas son prometedoras para su uso como métodos estándar de medición de distancias. Por ejemplo, la distribución de su magnitud absoluta es bimodal , con un pico principal en magnitud -8,8 y otro menor en -7,5. Además, las novas presentan aproximadamente la misma magnitud absoluta 15 días después de su pico (-5,5). Se ha demostrado que las estimaciones de distancia a diversas galaxias y cúmulos de galaxias cercanos, basadas en novas, tienen una precisión comparable a las medidas con estrellas variables cefeidas . ^{[ 22 ]}

Una nova recurrente ( NR ) es un objeto que ha experimentado erupciones de nova repetidas. La nova recurrente suele aumentar su brillo en aproximadamente 9 magnitudes, mientras que una nova clásica puede aumentar su brillo en más de 12 magnitudes. ^{[ 23 ]}

Aunque se estima que hasta una cuarta parte de los sistemas de novas experimentan múltiples erupciones, solo se han observado diez novas recurrentes (enumeradas a continuación) en la Vía Láctea. ^{[ 24 ]}

Se han observado varias novas recurrentes extragalácticas en la galaxia de Andrómeda (M31) y en la Gran Nube de Magallanes . Una de estas novas extragalácticas, M31N 2008-12a , entra en erupción con una frecuencia de hasta una vez cada 12 meses.

El 20 de abril de 2016, el sitio web Sky & Telescope informó de un aumento sostenido del brillo de T Coronae Borealis de magnitud 10,5 a aproximadamente 9,2 a partir de febrero de 2015. Se había informado de un evento similar en 1938, seguido de otro estallido en 1946. ^{[ 25 ]} Para junio de 2018, la estrella se había atenuado ligeramente pero aún se mantenía en un nivel de actividad inusualmente alto. En marzo o abril de 2023, se atenuó a magnitud 12,3. ^{[ 26 ]} Una atenuación similar ocurrió en el año anterior al estallido de 1945, lo que llevó a algunos a sugerir que probablemente entraría en erupción entre marzo y septiembre de 2024. ^{[ 27 ]} Hasta el 29 de julio de 2026 , este estallido predicho aún no ha ocurrido.

Las novas son relativamente comunes en la galaxia de Andrómeda (M31), incluidas las recurrentes. ^{[ 33 ] [ 34 ] [ 35 ]} Cada año se descubren varias docenas de novas (más brillantes que la magnitud aparente +20) en M31. ^{[ 12 ]} La Oficina Central de Telegramas Astronómicos (CBAT) ha rastreado novas en M31, M33 y M81 . ^{[ 36 ]}

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• novas extragalácticas