AVANZA ESTUDIO DE RAYOS X ULTRALUMINOSOS (ULX) QUE POSEEN UN MILLÓN DE VECES MÁS LUZ QUE EL SOL

Esta ilustración muestra a SS 433, un agujero negro o estrella de neutrones, mientras extrae material de su estrella compañera. El material estelar forma un disco alrededor de SS 433, y parte del material se expulsa al espacio en forma de dos chorros delgados (rosa) que viajan en direcciones opuestas alejándose de SS 433. Crédito: DESY/Science Communication Lab

Conocidas como fuentes de rayos X ultraluminosas, los emisores son fáciles de detectar cuando se ven de frente, pero pueden estar ocultos a la vista si apuntan incluso ligeramente lejos de la Tierra.

Es difícil pasar por alto el rayo de una linterna que te apunta directamente. Pero ese rayo visto de lado parece significativamente más tenue. Lo mismo sucede para algunos objetos cósmicos: como una linterna, irradian principalmente en una dirección y se ven muy diferentes dependiendo de si el haz apunta lejos de la Tierra (y de los telescopios espaciales cercanos) o directamente hacia ella.

Nuevos datos del observatorio espacial NuSTAR de la NASA indican que este fenómeno es cierto para algunos de los emisores de rayos X más destacados del universo local: fuentes de rayos X ultraluminosos o ULX. La mayoría de los objetos cósmicos, incluidas las estrellas, irradian poca luz de rayos X, particularmente en el rango de alta energía visto por NuSTAR. Los ULX, por el contrario, son como faros de rayos X que atraviesan la oscuridad. Para ser considerada ULX, una fuente debe tener una luminosidad de rayos X que sea aproximadamente un millón de veces más brillante que la salida de luz total del Sol (en todas las longitudes de onda). Los ULX son tan brillantes que se pueden ver a millones de años luz de distancia, en otras galaxias.

El nuevo estudio muestra que el objeto conocido como SS 433, ubicado en nuestra galaxia la Vía Láctea y a solo unos 20.000 años luz de la Tierra, es un ULX, aunque parece ser unas 1.000 veces más tenue que el umbral mínimo para ser considerado como tal.

Este desvanecimiento es un truco de perspectiva, según el estudio: los rayos X de alta energía de SS 433 están inicialmente confinados dentro de dos conos de gas que se extienden hacia afuera desde lados opuestos del objeto central. Estos conos son similares a un cuenco espejado que rodea la bombilla de una linterna: acorralan la luz de rayos X de SS 433 en un haz estrecho, hasta que escapa y es detectada por NuSTAR. Pero debido a que los conos no apuntan directamente a la Tierra, NuSTAR no puede ver el brillo total del objeto.

Ilustración de la nave espacial NuSTAR, que tiene un mástil de 10 metros que separa los módulos ópticos (derecha) de los detectores en el plano focal (izquierda). Esta separación es necesaria para el método utilizado para detectar rayos X. Crédito: NASA/JPL-Caltech

“Durante mucho tiempo sospechábamos que algunos ULX emitían luz en columnas estrechas, en lugar de en todas direcciones como una bombilla desnuda”, dijo Matt Middleton, profesor de astrofísica en la Universidad de Southampton en el Reino Unido y autor principal del estudio. “En nuestro estudio, confirmamos esta hipótesis al mostrar que SS 433 se calificaría como un ULX si fuese observado cara a cara”.

Si un ULX relativamente cerca de la Tierra puede ocultar su verdadero brillo debido a cómo está orientado, entonces es probable que haya más ULX, particularmente en otras galaxias, disfrazados de manera similar. Eso significa que la población total de ULX debería ser mucho mayor de lo que los científicos observan actualmente.

Se han encontrado alrededor de 500 ULX en otras galaxias, y su distancia de la Tierra significa que a menudo es casi imposible saber qué tipo de objeto genera la emisión de rayos X. Es probable que los rayos X provengan de una gran cantidad de gas que se calientan a temperaturas extremas cuando es atraído por la gravedad de un objeto muy denso. Ese objeto podría ser una estrella de neutrones (los restos de una estrella colapsada) o un pequeño agujero negro, uno que no tiene más de unas 30 veces la masa de nuestro Sol. El gas forma un disco alrededor del objeto, como agua rodeando un desagüe. La fricción en el disco aumenta la temperatura, lo que hace que se irradie, a veces tan caliente que el sistema estalla con rayos X. Cuanto más rápido cae el material sobre el objeto central, más brillantes son los rayos X.

Los astrónomos sospechan que el objeto en el corazón de SS 433 es un agujero negro de aproximadamente 10 veces la masa de nuestro Sol. Lo que se sabe con certeza es que está canibalizando una gran estrella cercana, extrayendo material a un ritmo rápido: en un solo año, SS 433 roba el equivalente a unas 30 veces la masa de la Tierra de su vecino, lo que lo convierte en el más codicioso agujero negro o estrella de neutrones conocida en nuestra galaxia.

“Se sabe desde hace mucho tiempo que esta cosa está comiendo a un ritmo fenomenal”, dijo Middleton. “Esto es lo que distingue a los ULX de otros objetos, y es probable que sea la causa principal de la gran cantidad de rayos X que vemos en ellos”.

Esta animación ilustra cómo SS 433, que contiene una fuente de luz brillante rodeada por dos estructuras en forma de cuenco, se inclina hacia adelante y hacia atrás en su órbita. Al igual que con una linterna, la luz de SS 433 parece mucho más tenue cuando se ve de lado. Crédito: NASA/JPL-Caltech

El objeto en SS 433 tiene ojos más grandes que su estómago: está robando más material del que puede consumir. Parte del material sobrante se expulsa del disco y forma dos hemisferios en lados opuestos del disco. Dentro de cada uno hay un vacío en forma de cono que se abre al espacio. Estos son los conos que acorralan la luz de rayos X de alta energía en un rayo. Cualquiera que mire directamente hacia uno de los conos verá un ULX obvio. Aunque están compuestos únicamente de gas, los conos son tan gruesos y masivos que actúan como paneles de plomo en una sala de proyección de rayos X y evitan que los rayos X los atraviesen hacia un lado.

Los científicos han sospechado que algunos ULX podrían estar ocultos a la vista por esta razón. SS 433 brindó una oportunidad única para probar esta idea porque, como una peonza, se tambalea sobre su eje, un proceso que los astrónomos llaman precesión.

La mayoría de las veces, ambos conos de SS 433 apuntan muy lejos de la Tierra. Pero debido a la forma en que SS 433 avanza, un cono se inclina ligeramente hacia la Tierra periódicamente, por lo que los científicos pueden ver un poco de luz de rayos X que sale de la parte superior del cono. En el nuevo estudio, los científicos observaron cómo cambian los rayos X vistos por NuSTAR a medida que se mueve SS 433. Muestran que si el cono continuara inclinándose hacia la Tierra para que los científicos pudieran mirar hacia abajo, verían suficiente luz de rayos X para llamar oficialmente a SS 433 un ULX.

Los agujeros negros que se alimentan a velocidades extremas han dado forma a la historia de nuestro universo. Los agujeros negros supermasivos, que tienen de millones a miles de millones de veces la masa del Sol, pueden afectar profundamente a su galaxia anfitriona cuando se alimentan. Al principio de la historia del universo, algunos de estos enormes agujeros negros podrían haberse alimentado tan rápido como SS 433, liberando enormes cantidades de radiación que remodelaron los entornos locales. Los flujos de salida (como los conos en SS 433) redistribuyeron la materia que eventualmente podría formar estrellas y otros objetos.

Pero debido a que estos gigantes de rápido consumo residen en galaxias increíblemente distantes (el que está en el corazón de la Vía Láctea no come mucho actualmente), siguen siendo difíciles de estudiar. Con SS 433, los científicos han encontrado un ejemplo en miniatura de este proceso, mucho más cercano a casa y mucho más fácil de estudiar, y NuSTAR ha proporcionado nuevos conocimientos sobre la actividad que ocurre allí.

FUENTE: NASA

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