IC 10, galaxia starburst.

Una galaxia Starburst con perspectivas de ondas gravitatorias.

Imagen compuesta de IC 10 formada por luz visible y rayos x.
Marcadas en círculos las fuentes de rayos x binarios detectados por Chandra.

En 1887, el astrónomo estadounidense Lewis Swift descubrió una nube brillante, o nebulosa, que resultó ser una pequeña galaxia a unos 2.200 millones de años luz de la Tierra. Hoy en día, se conoce como la "galaxia estrella" IC 10, refiriéndose a la intensa actividad de formación de estrellas que se produce allí.

Más de cien años después del descubrimiento de Swift, los astrónomos estudian IC 10 con los telescopios más potentes del siglo XXI. Nuevas observaciones con el Observatorio de rayos X Chandra de la NASA revelan muchos pares de estrellas que un día podrían convertirse en fuentes del fenómeno cósmico más excitante que se haya observado en los últimos años: las ondas gravitatorias.

El Chandra.

Al analizar las observaciones de Chandra de IC 10 que abarcan una década, los astrónomos encontraron más de una docena de agujeros negros y estrellas de neutrones alimentándose de gas de compañeros estelares jóvenes y masivos. Estos sistemas de doble estrella se conocen como "binarios de rayos X" porque emiten grandes cantidades de luz de rayos X. Como una estrella masiva orbita alrededor de su compañero compacto, ya sea un agujero negro o estrella de neutrones, el material puede ser retirado de la estrella gigante para formar un disco de material alrededor del objeto compacto. Las fuerzas de fricción calientan el material calentándolo a millones de grados, produciendo una fuente de rayos X brillante.

Cuando la estrella compañera masiva se queda sin combustible, sufrirá un colapso catastrófico que producirá una explosión de supernova y dejará un agujero negro o estrella de neutrones. El resultado final son dos objetos compactos: un par de agujeros negros, un par de estrellas de neutrones, o un agujero negro y una estrella de neutrones. Si la separación entre los objetos compactos llega a ser lo suficientemente pequeña mientras pasa el tiempo se producirán ondas gravitacionales. Con el tiempo, el tamaño de su órbita se reducirá hasta que se fusionen. LIGO ha encontrado tres ejemplos de pares de agujeros negros que se fusionan de esta manera en los últimos dos años.

Galaxias Starburst como IC 10 son lugares excelentes para buscar fuentes binarios de rayos X, ya que son estrellas que se carbonizan rápidamente. Muchas de estas estrellas recién nacidas serán parejas de estrellas jóvenes y masivas. El más masivo de la pareja evolucionará más rápidamente y dejará atrás un agujero negro o una estrella de neutrones asociada con la estrella masiva restante. Si la separación de las estrellas es lo suficientemente pequeña, se producirá un sistema binario de rayos X.

Esta nueva imagen compuesta de IC 10 combina datos de rayos X de Chandra (azul) con una imagen óptica (roja, verde, azul) tomada por el astrónomo aficionado Bill Snyder del Observatorio del Espejo de los Cielos en Sierra Nevada, California. Las fuentes de rayos X detectadas por Chandra aparecen como un azul más oscuro que las estrellas detectadas en luz óptica.

Video: Un rápido vistazo a IC 10.

Las estrellas jóvenes en IC 10 parecen ser de la edad justa para dar una cantidad máxima de interacción entre las estrellas masivas y sus compañeros compactos, produciendo la mayoría de las fuentes de rayos X. Si los sistemas fueran más jóvenes, entonces las estrellas masivas no habrían tenido tiempo de evolucionar como supernova y producir una estrella de neutrones o agujero negro, o la órbita de la estrella masiva y el objeto compacto no tendrían tiempo de encogerse lo suficiente para la transferencia de masa a empezar. Si el sistema estelar fuera mucho más antiguo, entonces ambos objetos compactos probablemente ya se habrían formado. En este caso, la transferencia de materia entre los objetos compactos es improbable, impidiendo la formación de un disco que emite rayos X.

Chandra detectó 110 fuentes de rayos X en IC 10. De éstas, más de cuarenta también se ven en luz óptica y 16 de ellas contienen "supergigantes azules", que son el tipo de estrellas jóvenes, masivas y calientes descritas anteriormente. La mayoría de las otras fuentes son binarios de rayos X que contienen estrellas menos masivas. Varios de los objetos muestran una fuerte variabilidad en su salida de rayos X, indicativa de interacciones violentas entre las estrellas compactas y sus compañeros.

Un par de documentos que describen estos resultados se publicaron en el 10 de febrero de 2017 y fueron expedidos en The Astrophysical Journal y está disponible en línea aquí y aquí. 

Los autores del estudio son Silas Laycock del Centro de Ciencia y Tecnología Espaciales (UML) de la UMass Lowell; Rigel Capallo, estudiante graduado en UML; Dimitris Christodoulou de UML; Benjamin Williams de la Universidad de Washington en Seattle; Breanna Binder de la Universidad Politécnica del Estado de California en Pomona; Y Andrea Prestwich del Centro Harvard-Smithsonian de Astrofísica en Cambridge, Mass.

El Centro de Vuelo Espacial Marshall de la NASA en Huntsville, Alabama, administra el programa de Chandra para la Dirección de Misión Científica de la NASA en Washington. El Smithsonian Astrophysical Observatory en Cambridge, Massachusetts, controla la ciencia de Chandra y las operaciones de vuelo.

Créditos:

Rayos X: NASA / CXC / UMass Lowell / S.Laycock et al. 

Óptica: Bill Snyder Astrofotografía

Publicado en Chandra el 10 de Agosto de 2017.