Las estrellas de neutrones pueden no ser tan pesadas como sus primos de agujeros negros más masivos , pero pueden ser tan poderosas cuando se trata de generar impresionantes fuegos artificiales de rayos X.
Desde la década de 1980, los astrónomos han estudiado las fuentes de intensos rayos X que brotan de las regiones exteriores de otras galaxias. Se llaman fuentes de rayos X ultraluminosos, o ULX, y producen más energía que un millón de soles . Por lo general, los astrónomos observarían emisiones tan poderosas en los núcleos de las galaxias activas, donde acechan los agujeros negros supermasivos , pero los ULX están lejos de estos gigantes. La idea era que estaban siendo generados por agujeros negros de masa estelar más pequeños, de unas pocas decenas de masas solares, que se alimentaban de los gases de estrellas desafortunadas.
Pero un patrón desconcertante comenzó a surgir en 2014 cuando la misión Nuclear Spectroscopic Telescope Array ( NuSTAR) de la NASA y otros telescopios espaciales comenzaron a estudiar estos enigmas. Resulta que los ULX pueden no estar alimentados por agujeros negros en absoluto; más bien, las estrellas de neutrones parecen ser las culpables.
"Fue una gran sorpresa", dice Fiona Harrison, investigadora principal de la misión NuSTAR y profesora de física en Caltech, en Pasadena, California. "Al principio, la gente pensó que había algo mal en la observación".
Lejos de estar equivocado, en un nuevo estudio en coautoría de Harrison y publicado en la revista Nature Astronomy, se ha confirmado que una estrella de neutrones es el motor detrás de un ULX en la famosa galaxia Whirlpool, también conocida como M51. La galaxia se encuentra a 28 millones de años luz de la Tierra. Es la cuarta vez que los astrónomos han identificado un ULX impulsado por una estrella de neutrones.
Mientras estudiaban los datos de archivo del Observatorio de rayos X Chandra de la NASA, los investigadores notaron una misteriosa caída en el espectro de luz ULX. Cuando investigaron, dedujeron que debe haber sido causado por la dispersión de resonancia de ciclotrón, un fenómeno que ocurre en ambientes altamente magnéticos y es causado por partículas cargadas, como electrones y protones, girando en espiral alrededor del campo magnético.
Aquí está el truco: los agujeros negros no tienen campos magnéticos, mientras que las estrellas de neutrones son famosas por ser potencias magnéticas, por lo que el hecho de que el espectro de este ULX tenga la huella digital de la dispersión por resonancia de ciclotrón es una gran pista de que un agujero negro no lo es. la alimentación de él, pero una estrella de neutrones es .
Estrellas de neutrones voraces
Las estrellas de neutrones son remanentes estelares superdensos que quedan después de que una estrella se queda sin combustible y explota como una supernova . Compuesto de materia degenerada, solo una cucharadita de materia de estrella de neutrones pesaría tanto como una montaña. Estos objetos son extremadamente magnéticos; todo el campo magnético de la estrella de la que proviene se reduce a un objeto del tamaño de una ciudad. Pero para que una estrella de neutrones genere un ULX, debe haber algo muy especial.
Si una estrella de neutrones fuera parte de un sistema binario, donde dos estrellas orbitan entre sí, puede comenzar a tirar de los gases calientes de su pareja binaria, arrastrándola hacia un disco de acreción. A medida que el gas cae hacia la estrella de neutrones, se calentará y generará una poderosa radiación de rayos X. Pero hay un límite en la cantidad de energía de rayos X que puede generar una estrella de neutrones.
"De la misma manera que solo podemos comer una cantidad determinada de alimentos a la vez, existen límites a la rapidez con la que las estrellas de neutrones pueden acumular materia", dijo Murray Brightman, becario postdoctoral en Caltech y autor principal del estudio, en un comunicado .
A medida que la materia cae, se generan más rayos X, pero esto no es sostenible. En cierto punto, algo llamado Límite de Eddington, la radiación de rayos X se volverá tan poderosa que empujará físicamente más gas para que no caiga en el disco de acreción de la estrella de neutrones. Es un corte natural. Una vez que la energía de los rayos X alcanza este límite, se bloquea el suministro de gas y se limitan las emisiones de rayos X.
"Pero los ULX de alguna manera están rompiendo este límite para emitir rayos X tan increíblemente brillantes, y no sabemos por qué", agregó Brightman.
Sin embargo, los investigadores tienen la corazonada de que la personalidad magnética de la estrella de neutrones puede ser la clave. Piensan que las caídas causadas por la dispersión de la resonancia del ciclotrón en los espectros de rayos X, como la del ULX de M51, pueden ayudarnos a comprender lo que está sucediendo.
Si la dispersión de la resonancia del ciclotrón es causada por protones que interactúan con el campo magnético de la estrella de neutrones, esto revelaría que el magnetismo alrededor de la estrella de neutrones es extremo. El magnetismo extremo podría reducir la presión de los rayos X ULX, lo que permitiría que caiga más gas en la estrella de neutrones, lo que aumentaría las emisiones de rayos X. Sin embargo, si la resonancia es causada por electrones , eso sugeriría un campo magnético más débil, uno que no puede explicar la energía ULX.
Se necesita más trabajo antes de saber con certeza si los campos magnéticos extremos que rodean a las estrellas de neutrones son lo que les permite perforar por encima de su peso.
"Si [los ULX] son magnetares, es más fácil que parezcan tan brillantes", dice Harrison.
Eso es interesante
Es posible que los ULX estén alimentados por magnetares, la familia de estrellas de neutrones más magnética, por lo que el ULX en la galaxia Whirlpool podría ser impulsado por el tipo más exótico de estrella de neutrones.
