Los astrónomos observan por primera vez el corazón de un sistema de enanas blancas
Por primera vez, un telescopio espacial logra descifrar cómo una enana blanca devora a su estrella compañera desde el interior mismo del proceso. Los rayos X polarizados revelan la estructura oculta donde la materia estelar se desgarra y se transforma en energía extrema.
Por Enrique Coperías
Una enana blanca más pequeña (izquierda) extrae material de una estrella mayor, lo que genera un disco de acreción en espiral. Este tipo de sistema, conocido como polar intermedio, permitió a astrónomos del MIT medir por primera vez la polarización de sus rayos X y desvelar detalles cruciales de sus regiones más calientes y extremas. Cortesía: Jose-Luis Olivares, MIT
EX Hydrae, la primera detección de polarización de rayos X en una enana blanca en acreción
Para los astrónomos no es ninguna extrañeza observar cómo las enanas blancas —los núcleos ardientes que quedan tras la muerte de estrellas como el Sol— devoran el gas de sus compañeras en sistemas binarios. De estos festines cósmicos emanan intensos estallidos de rayos X, pero el corazón mismo del proceso, donde el material se precipita sobre la superficie de la enana blanca, ha permanecido oculto a los ojos de los científicos. Hasta ahora.
«Lo útil de la polarización de rayos X es que te da una imagen de la parte más interna y más energética de todo el sistema. Cuando observamos con otros telescopios, no vemos ninguno de estos detalles», dice Swati Ravi, candidata a astrofísica del Kavli Institute for Astrophysics and Space Research y coautora del estudio, en un comunicado de MIT News.
Un equipo internacional de investigadores ha conseguido, por primera vez, medir la polarización de los rayos X emitidos por una enana blanca en proceso de acreción, proceso por el cual un objeto astronómico crece al atraer y acumular materia de su entorno mediante la gravedad. En concreto, la medición ha sido posible en el sistema EX Hydrae, un clásico representante de las llamadas variables cataclísmicas, sistemas binarios en los que una enana blanca roba materia de una estrella compañera, provocando estallidos o cambios bruscos de brillo debidos a esa acreción rápida y violenta.
Cadáveres estelares que «brillan» en rayos X polarizados
Los resultados, obtenidos con el observatorio orbital Imaging X-ray Polarimetry Explorer (IXPE) de NASA y la Agencia Espacial Italiana, revelan la estructura íntima de la región donde el gas procedente de la estrella compañera impacta contra la superficie de la enana blanca, lo que abre una nueva vía para estudiar estos objetos extremos.
🗣️ «Hemos demostrado que la polarimetría de rayos X puede utilizarse para hacer mediciones detalladas de la geometría de acreción de la enana blanca. Esto abre la puerta a la posibilidad de realizar mediciones similares en otros tipos de enanas blancas en acreción para los que nunca se habían predicho señales de polarización de rayos X», señala Sean Gunderson, también del MIT Kavli Institute y coautor del trabajo.
La medición no solo demuestra que la superficie de estos cadáveres estelares puede «brillar» en rayos X polarizados, sino que además permite estimar un parámetro crucial: la altura exacta del choque del material que cae sobre la estrella, un valor directamente relacionado con la física del plasma, la intensidad del campo magnético y la geometría del flujo de acreción.
El trabajo, publicado en The Astrophysical Journal, representa así un avance pionero hacia la comprensión tridimensional de estos sistemas tan violentos como enigmáticos. «Empezamos a discutir cuánta polarización sería necesaria para hacernos una idea de lo que ocurre en este tipo de sistemas, que para la mayoría de los telescopios no son más que un punto en su campo de visión», comenta Herman Marshall, del MIT Kavli Institute y coautor del estudio.
Por qué este descubrimiento es importante
EX Hydrae es lo que los astrónomos llaman una polar intermedia, que no es otra cosa que una enana blanca con un campo magnético lo suficientemente fuerte como para canalizar la materia entrante, pero no tanto como para bloquear la formación de un disco de acreción. El gas robado a la estrella compañera cae inicialmente hacia un disco, pero acaba siendo desviado y guiado por los campos magnéticos hacia los polos de la enana blanca.
«Si pudieras situarte cerca del polo de la enana blanca, verías una columna de gas que se eleva unos 2.000 kilómetros hacia el cielo y luego se abre hacia afuera», dice Gunderson
Antes de tocar la superficie, la materia alcanza velocidades supersónicas y se frena bruscamente en un choque cataclísmico que eleva la temperatura del plasma a decenas de millones de grados. Ese es el origen de los rayos X energéticos característicos de estos sistemas. Sin embargo, determinar la estructura y la extensión de la columna de acreción y, sobre todo, la altura real del choque, ha sido siempre un reto: la señal observada en rayos X mezcla distintas regiones y procesos físicos.
La polarización de esos rayos X —el modo en que vibra la luz— ofrece una pista esencial: indica cómo y dónde se dispersa la radiación antes de llegar a nosotros.
Observaciones del observatorio espacial IXPE, que desde 2021 mide con precisión la polarización en rayos X, acumularon más de 286.000 segundos de exposición por telescopio para estudiar el sistema EX Hydrae. Cortesía: NASA
EX Hydrae, un laboratorio natural de física extrema
Desde su lanzamiento en 2021, el observatorio espacial IXPE se ha convertido en el primer instrumento capaz de medir la polarización en rayos X con precisión suficiente como para estudiar objetos compactos. Para EX Hydrae, los investigadores acumularon más de una semana de observaciones, sumando 286.000 segundos de exposición por cada uno de los tres telescopios del satélite.
«Con cada rayo X que llega desde la fuente, puedes medir la dirección de la polarización. Recoges muchos de ellos, y cada uno llega con distintos ángulos y orientaciones que luego puedes promediar para obtener un grado y una dirección preferentes de polarización», comenta Marshall.
El equipo de investigación aplicó dos métodos independientes para analizar la señal: uno tradicional, basado en la reconstrucción del vector de polarización, y otro más sofisticado, un análisis bayesiano de eventos individuales. Ambos coincidieron: solo entre los 2 kiloelectronvoltios y los 3 keV se detectó un grado significativo de polarización, en torno al 8%, muy por encima del umbral de detección .
Por encima de esa energía, el ruido crece y el número de fotones disminuye, de modo que no se detecta polarización, aunque quizá no porque no exista, sino porque el flujo es demasiado débil para medirla con claridad.
Una firma que señala directamente la superficie de la enana blanca
El resultado más llamativo surge al comparar la orientación del plano de polarización en rayos X con mediciones previas de la polarización óptica del sistema. La luz visible ya había revelado, décadas atrás, la orientación de los polos magnéticos de EX Hydrae.
La sorpresa es que la polarización en rayos X aparece casi perpendicular a la óptica. ¿Qué significa esto? Que los rayos X no se están polarizando dentro de la columna de acreción, como ocurriría si la dispersión se produjera en el plasma caliente que cae hacia el polo, sino en la superficie misma de la enana blanca. Es decir, los fotones chocan contra la corteza estelar, una especie de espejo cósmico extremadamente denso, y rebotan, adquiriendo una polarización muy característica.
Además, la similitud entre ambos ángulos indica que el punto donde la luz rebota no está lejos de la base de la columna. En otras palabras, el área iluminada es un parche relativamente estrecho, situado cerca del polo magnético.
Esta constatación, obtenida solo gracias a la polarimetría, había sido propuesta teóricamente pero nunca demostrada de forma observacional.
La búsqueda del «shock»: ¿a qué altura estalla la materia?
Con esta información geométrica en la mano, el equipo dio un paso más allá. Si la polarización proviene de fotones que rebotan en la superficie, el grado de polarización permite inferir cuánta de la luz llega directa y cuánta reflejada. Y esa proporción depende directamente de la altura del choque: si el choque está más alto, ilumina un área mayor y se refleja más luz; si está más cerca de la superficie, el reflejo disminuye.
El equipo recurrió a un modelo originalmente ideado para estudiar agujeros negros —el llamado modelo lamppos— y lo adaptó a una enana blanca. El resultado fue que el choque de EX Hydrae se sitúa a la mitad del radio de la estrella, aproximadamente 0,53 veces el radio de la enana blanca. Esto concuerda con estimaciones anteriores basadas en el análisis de la línea de hierro a 6,4 keV, pero ahora se obtiene sin ambigüedades geométricas ni supuestos sobre el disco de acreción.
Esta nueva vía de medición permite acotar mejor parámetros clave del sistema, como la distancia interior del disco truncado por el campo magnético, que según los autores rondaría unas diez veces el radio de la estrella.
¿Varía la polarización con la rotación de la enana blanca?
EX Hydrae gira sobre sí misma cada 67 minutos. Como la columna de acreción no es un cilindro perfecto, cabría esperar que la polarización variase con la fase de giro, revelando detalles del flujo.
El equipo buscó esta señal modulada, pero los datos disponibles no alcanzan la sensibilidad necesaria: ninguna de las fases supera el umbral para una detección firme.
Los investigadores sugieren que una exposición unas cuatro veces mayor permitiría detectar variaciones en al menos parte del ciclo de rotación. IXPE podría llevarlo a cabo, y futuras misiones de polarimetría en rayos X blandos, aún más sensibles, podrían incluso mapear la región en 3D.
Representación artística de la enana blanca. Cortesía: Universidad de Warwick / Mark Garlick
Hacia un mapa 3D de la acreción estelar
El trabajo demuestra que la polarimetría en rayos X, hasta hace poco una técnica casi experimental, es capaz de resolver estructuras que la espectroscopía y la fotometría no podían distinguir. La detección en EX Hydrae sienta un precedente: otros sistemas de enanas blancas en acreción, como los polares clásicos o incluso las variables no magnéticas, podrían revelar sus secretos con observaciones similares.
🗣️ «Llega un momento en que cae tanto material sobre la enana blanca desde la estrella compañera que la enana blanca ya no puede soportarlo; todo el sistema colapsa y produce un tipo de supernova observable en todo el universo, que puede utilizarse para calcular la escala del universo —explica Marshall. Y añade—: Así que comprender estos sistemas de enanas blancas ayuda a los científicos a entender el origen de esas supernovas y aporta información sobre la ecología de la galaxia».
En palabras de Gunderson, «es la primera prueba clara de que la superficie de una enana blanca actúa como un reflector detectable en rayos X». A partir de ahora, no solo veremos la violencia del gas cayendo, sino también el eco que deja en la corteza de estos objetos compactos.
Las posibilidades de esta avance no son pocas, desde determinar el tamaño y forma de los casquetes magnéticos hasta seguir la evolución del campo magnético a lo largo del ciclo de vida de una enana blanca. Y, más allá de la física estelar, estos sistemas constituyen auténticos laboratorios de física del plasma a alta energía, con implicaciones para numerosos fenómenos astrofísicos.
IXPE, aún en plena operación, promete más observaciones de este tipo. Y las misiones futuras, como la propuesta GOSoX o la ya planeada misión suborbital REDSoX, podrían multiplicar la sensibilidad en el rango de energías donde EX Hydrae ha mostrado su cara más reveladora.
Por ahora, lo que queda claro es que estamos más cerca que nunca de observar, sin intermediarios, el lugar exacto donde la materia estelar es desgarrada, frenada y transformada en radiación de alta energía. Una región diminuta y extrema, ahora por fin iluminada gracias al delicado rastro que dejan los fotones en su vibración. ▪️
Información facilitada por MIT News
Fuente: Sean J. Gunderson et al. X-Ray Polarimetry of Accreting White Dwarfs: A Case Study of EX Hydra. The Astrophysical Journal (2025). DOI: 10.3847/1538-4357/ae11b5
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