El púlsar más brillante jamás registrado.

M82X-2 desenmascarado como Pulsar Ultraluminoso.
Imagen de la galaxia Messier 82 realizada mediante luz óptica y rayos X.

• Publicado en Chandra el 8 de octubre del 2.014.

Una fuente de rayos X Ultraluminoso (ULX) que los astrónomos habían pensado que era un agujero negro es realmente el púlsar más brillante jamás registrado. Los ULX son objetos que producen más rayos X que la mayoría de los sistemas binarios de rayos X "normales", en los que una estrella orbita una estrella de neutrones o un agujero negro de masa estelar. Los agujeros negros en estos sistemas binarios de rayos X generalmente pesan de cinco a treinta veces la masa del sol.

Los astrónomos utilizaron NuSTAR (Nuclear Spectroscopic Telescope Array) de la NASA y el observatorio de rayos X Chandra para estudiar dos ULX en el centro de M82, una galaxia ubicada a poco más de 11 millones de años luz de la Tierra. Esta imagen compuesta muestra rayos X de NuSTAR (violeta) y Chandra (azul) que se combinaron con datos ópticos del telescopio NOAO 2.1 (oro). La emisión de rayos X extendida no está relacionada con los dos ULX.

Imagen de autor de NuSTAR.
Crédito: NASA
Hasta ahora, los astrónomos pensaban que la materia que caía sobre los agujeros negros impulsaba la brillante emisión de rayos X en todos los ULX. Se cree que la mayoría de los agujeros negros en los ULX pesan al menos entre 10 y 50 veces la masa del Sol, pero se cree que algunos de los ULX más brillantes pesan 100 veces la masa del Sol, o más.

Los nuevos datos de rayos X proporcionan una clave crítica sobre la naturaleza de uno de los ULX en M82. Usando NuSTAR, los científicos han descubierto variaciones regulares, o "pulsaciones", en el objeto conocido como M82X-2. Este objeto pulsa una vez en promedio cada 1,37 segundos, y las pulsaciones cambian en un patrón regular con un período de 2,5 días.

Este tipo de pulsaciones no se ven con agujeros negros. Más bien, son las firmas de los llamados púlsares, estrellas de neutrones que giran rápidamente. Los cambios aparentes en el período de pulsación se deben al movimiento de la estrella en su órbita. Suponiendo que el pulsar pesa 1,4 veces la masa del Sol (el tamaño común de un púlsar o estrella de neutrones), los datos implican que la masa de la estrella compañera es al menos 5,2 veces la masa del Sol.

Este descubrimiento es significativo porque puede significar que los púlsares constituyen una parte importante de la población de ULX. Chandra había observado M82X-2 anteriormente, pero estas pulsaciones no se encontraron hasta que NuSTAR realizó una observación de rayos X de alta energía lanzada en 2012. Mientras NuSTAR detectaba las pulsaciones, Chandra, con su excelente resolución espacial, era necesaria. para resolver M82X-2 del otro ULX cercano y descartar las contribuciones de otras posibles fuentes no resueltas por NuSTAR. Aunque Chandra no detectó pulsaciones de M82X-2, los científicos determinaron qué fuente era responsable de las pulsaciones observadas por NuSTAR al comparar las imágenes de Chandra y NuSTAR.

Imagen óptica y rayos X de M82X-2 con su localización en el recuadro.
Además de las pulsaciones, el brillo general en los rayos X de M82X-2 es variable en escalas de tiempo que duran semanas y meses. En su punto más brillante es más de diez veces más brillante que cualquier pulsar conocido que se acciona mediante la acumulación de material de una estrella compañera. Es tan brillante que, en general, los astrónomos pensaban que solo de 50 a 100 agujeros negros de masa solar podrían explicar un ULX tan brillante.

El último estudio de M82X-2 ofrece nuevos desafíos para que los teóricos desarrollen modelos que expliquen cómo un púlsar puede extraer materia hacia adentro y producir tales copiosas radiografías. Cuando la materia se estira hacia un objeto denso y compacto, como un púlsar, una estrella de neutrones o un agujero negro, se calienta y produce rayos X. Estos rayos X crean una presión de radiación que empuja a la materia. Para una infusión sostenida de materia, la presión de radiación de los rayos X debe ser menor que la atracción de la gravedad del objeto compacto.

El observatorio Chandra de rayos X de la NASA.

La luminosidad de los rayos X de M82X-2 alcanza aproximadamente 100 veces más brillo que el umbral donde la presión exterior de la radiación equilibra la atracción hacia adentro de la gravedad del púlsar, el llamado límite de Eddington. Las posibles explicaciones de las violaciones del límite de Eddington incluyen los efectos geométricos que surgen de la canalización de material de inflexión a lo largo de las líneas de campo magnético.

Los autores del estudio que aparece en la revista Nature son Matteo Bachetti (Universidad de Toulouse, Francia), Fiona Harrison (Instituto Tecnológico de California), Dominic Walton (Cal Tech), Brian Grefenstrette (Cal Tech), Deepto Chakrabarty (Instituto de Massachusetts). de Tecnología), Felix Fuerst (Cal Tech), Didier Barret (Toulouse), Andrei Beloborodov (Universidad de Columbia), Steven Boggs (Universidad de California, Berkeley), Finn Erland Christensen (Universidad Técnica de Dinamarca), William Craig (Lawrence Livermore National Laboratorio), Andy Fabian (Universidad de Cambridge), Charles Hailey (Universidad de Columbia), Ann Hornschemeier (Centro Goddard de Vuelos Espaciales), Shri Kulkarni (MIT), Tom Maccarone (Universidad Tecnológica de Texas), Jon M. Miller (Universidad de Michigan) , Vikram Rana (Cal Tech), Daniel Stern (Jet Propulsion Laboratory), Shriharsh Tendulkar (Cal Tech), John Tomsick (Universidad de California, Berkeley), Natalie Webb (Toulouse) y William Zhang (GSFC).

El Centro Marshall para Vuelos Espaciales de la NASA en Huntsville, Alabama, administra el programa Chandra para la Dirección de Misiones Científicas de la NASA en Washington.

Crédito:
Rayos X: NASA/CXC/Univ. of Toulouse/M.Bachetti et al, 
Optical: NOAO/AURA/NSF.