La misión NuSTAR de la NASA demuestra que la superestrella Eta Carinae dispara rayos cósmicos.

Eta Carinae.
Imagen observada.

Eta Carinae brilla en rayos X en esta imagen del Observatorio de rayos X Chandra de la NASA. Los colores indican diferentes energías. El rojo abarca de 300 a 1.000 electronvoltios (eV), el verde varía de 1.000 a 3.000 eV y el azul cubre de 3.000 a 10.000 eV. En comparación, la energía de la luz visible es de 2 a 3 eV. Las observaciones NuSTAR (contornos verdes) revelan una fuente de rayos X con energías unas tres veces más altas que las detectadas por Chandra. Los rayos X vistos desde la fuente del punto central surgen de la colisión estelar binaria del viento.

La detección de NuSTAR muestra que las ondas de choque en la zona de colisión del viento aceleran partículas cargadas como electrones y protones hasta cerca de la velocidad de la luz. Algunos de estos pueden llegar a la Tierra, donde serán detectados como partículas de rayos cósmicos. Los rayos X esparcidos por los restos expulsados en la famosa erupción de 1840 de Eta Carinae pueden producir una emisión roja más amplia.

Crédito:  NASA / JPL-Caltech

Comunicado de prensa • 3 de julio de 2018

Un nuevo estudio que utiliza datos del telescopio espacial NuSTAR de la NASA sugiere que Eta Carinae, el sistema estelar más luminoso y masivo dentro de los 10.000 años luz de la Tierra, está acelerando partículas a altas energías, algunas de las cuales pueden llegar a nuestro planeta como rayos cósmicos.

"Sabemos que las ondas expansivas de estrellas explosionadas pueden acelerar las partículas de rayos cósmicos a velocidades comparables a las de la luz, un impulso de energía increíble", dijo Kenji Hamaguchi, astrofísico del Goddard Space Flight Center de la NASA en Greenbelt, Maryland, y autor principal de el estudio. "Procesos similares deben ocurrir en otros entornos extremos. Nuestro análisis indica que Eta Carinae es uno de ellos".

Los astrónomos saben que los rayos cósmicos con energías superiores a mil millones de electronvoltios provienen de más allá de nuestro sistema solar. Pero debido a que estas partículas (electrones, protones y núcleos atómicos) tienen una carga eléctrica, se desvían del rumbo cada vez que encuentran campos magnéticos. Esto revuelve sus caminos y enmascara sus orígenes.

La gran erupción de Eta Carinae en la década de 1840 creó la ondeante Nebulosa
 Homunculus, fotografiada aquí por el Hubble. Ahora, alrededor de un año luz de
duración, la nube en expansión contiene suficiente material para hacer al menos
10 copias de nuestro Sol. Los astrónomos aún no pueden explicar qué causó esta erupción.
Crédito: NASA, ESA y el equipo Hubble SM4 ERO.


Eta Carinae, ubicada a unos 7.500 años luz de distancia en la constelación sureña de Carina, es famosa por un estallido del siglo XIX que la convirtió brevemente en la segunda estrella más brillante del cielo. Este evento también expulsó una nebulosa masiva en forma de reloj de arena, pero la causa de la erupción sigue siendo poco conocida.

El sistema contiene un par de estrellas masivas cuyas órbitas excéntricas las acercan inusualmente cada 5,5 años. Las estrellas contienen entre 90 y 30 veces la masa de nuestro Sol y pasan a 140 millones de millas (225 millones de kilómetros) de distancia en su aproximación más cercana, aproximadamente la distancia promedio que separa a Marte y el Sol.

"Ambas estrellas de Eta Carinae impulsan fuertes flujos de salida llamados vientos estelares", dijo el miembro del equipo Michael Corcoran, también de Goddard. "[La ubicación] donde chocan estos vientos cambia durante el ciclo orbital, que produce una señal periódica en rayos X de baja energía que hemos estado rastreando durante más de dos décadas".

El Telescopio Espacial de Rayos Gamma Fermi de la NASA también observa un cambio en los rayos gamma, que empacan mucha más energía que los rayos X, de una fuente en dirección a Eta Carinae. Pero la visión de Fermi no es tan nítida como la de los telescopios de rayos X, por lo que los astrónomos no pudieron confirmar la conexión.

Para cerrar la brecha entre el monitoreo de rayos X de baja energía y las observaciones de Fermi, Hamaguchi y sus colegas recurrieron a NuSTAR. Lanzado en 2012, NuSTAR puede enfocar rayos X de mucha mayor energía que cualquier telescopio anterior. Utilizando datos recién tomados y archivados, el equipo examinó las observaciones de NuSTAR adquiridas entre marzo de 2014 y junio de 2016, junto con observaciones de rayos X de menor energía del satélite XMM-Newton de la Agencia Espacial Europea durante el mismo período.

Los rayos X de baja energía o suaves de Eta Carinae provienen del gas en la interfaz de los vientos estelares en colisión, donde las temperaturas superan los 70 millones de grados Fahrenheit (40 millones de grados Celsius). Pero NuSTAR detecta una fuente que emite rayos X por encima de 30.000 electronvoltios, unas tres veces más que lo que se puede explicar por las ondas de choque en los vientos en colisión. Para comparación, la energía de la luz visible varía de alrededor de 2 a 3 electrón voltios.

Imagen de autor del observatorio NuStar de rayos X de la NASA.
Crédito: NASA/JPL-Caltech.


El análisis del equipo, presentado en un artículo publicado el 2 de julio en Nature Astronomy, muestra que estas radiografías "duras" varían con el período orbital binario y muestran un patrón similar de producción de energía a los rayos gamma observados por Fermi.

Los investigadores dicen que la mejor explicación tanto para la emisión de rayos X como para la emisión de rayos gamma es la aceleración de los electrones en violentas ondas de choque a lo largo del límite de los vientos estelares en colisión. Los rayos X detectados por NuSTAR y los rayos gamma detectados por Fermi surgen de la luz de las estrellas, dado un gran impulso de energía por las interacciones con estos electrones.

Algunos de los electrones superrápidos, así como otras partículas aceleradas, deben escapar del sistema, y ​​tal vez algunos eventualmente vaguen a la Tierra, donde pueden detectarse como rayos cósmicos.

"Hace tiempo que sabemos que la región alrededor de Eta Carinae es la fuente de emisión energética en rayos X y rayos gamma de alta energía", dijo Fiona Harrison, investigadora principal de NuSTAR y profesora de astronomía en Caltech en Pasadena. , California. "Pero hasta que NuSTAR pudo identificar la radiación, mostrar que proviene del binario y estudiar sus propiedades en detalle, el origen fue misterioso".

NuSTAR es una misión de Explorador Pequeño dirigida por Caltech y administrada por el JPL para la Dirección de Misión Científica de la NASA en Washington. NuSTAR fue desarrollado en asociación con la Universidad Técnica Danesa y la Agencia Espacial Italiana (ASI). La nave espacial fue construida por Orbital Sciences Corp., Dulles, Virginia. El centro de operaciones de misión de NuSTAR está en UC Berkeley, y el archivo de datos oficial está en el Centro de Investigación de Archivo de Ciencia de Astrofísica de Alta Energía de la NASA. ASI proporciona la estación terrestre de la misión y un archivo espejo. Caltech maneja el JPL para la NASA.

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Calla Cofield
Jet Propulsion Laboratory, Pasadena, California
818-393-1821

Escrito por Francis Reddy
El Goddard Space Flight Center de la NASA, Greenbelt, Md.