Pulso de rayos X en un periodo orbital récord.

La misión NICER de la NASA encuentra un pulso de rayos X en una órbita récord.

Un sistema estelar binario, imagen del autor.

Los científicos que analizan los primeros datos de la misión Explorador interior de composición de estrella de neutrones (NICER) Neutron star Interior Composition Explorer (NICER), han encontrado dos estrellas que giran una alrededor de la otra cada 38 minutos, aproximadamente el tiempo que lleva transmitir un drama televisivo. Una de las estrellas en el sistema, llamada IGR J17062-6143 (J17062, para abreviar), es una estrella superdensa de giro rápido llamada púlsar. El descubrimiento otorga al par estelar el registro del período orbital más corto conocido para una determinada clase de sistema binario de pulsar.

Los datos de NICER también muestran que las estrellas de J17062 están a solo unas 186.000 millas (300.000 kilómetros) de distancia, menos que la distancia entre la Tierra y la Luna. Basado en el vertiginoso período orbital y la separación, los científicos involucrados en un nuevo estudio del sistema creen que la segunda estrella es una enana blanca pobre en hidrógeno.

"No es posible que una estrella rica en hidrógeno, como nuestro Sol, sea la compañera del púlsar", dijo Tod Strohmayer, astrofísico de Goddard y autor principal del artículo. "No se puede colocar una estrella así en una órbita tan pequeña".

Una observación anterior de 20 minutos realizada por Rossi X-Ray Timing Explorer (RXTE) en 2008 solo fue capaz de establecer un límite inferior para el período orbital de J17062. NICER, que se instaló a bordo de la Estación Espacial Internacional en junio pasado, ha podido observar el sistema durante períodos de tiempo mucho más largos. En agosto, el instrumento se centró en J17062 durante más de siete horas durante 5,3 días. Combinando observaciones adicionales en octubre y noviembre, el equipo científico pudo confirmar el período orbital récord para un sistema binario que contiene lo que los astrónomos llaman un pulsar de rayos X de milisegundos en proceso de acreción (AMXP).

Cuando una estrella masiva se convierte en supernova, su núcleo colapsa en un agujero negro o una estrella de neutrones, que es pequeña y superdensa, del tamaño de una ciudad pero que contiene más masa que el Sol. Las estrellas de neutrones están tan calientes que la luz que irradian pasa del rojo vivo, al blanco vivo, al calor de los rayos ultravioleta y entra en la porción de rayos X del espectro electromagnético. Un púlsar es una estrella de neutrones que gira rápidamente.

El vídeo:

Las estrellas de IGR J17062-6143, ilustradas aquí, se combinan entre sí cada 38 minutos, la órbita más rápida conocida para un sistema binario que contiene un púlsar de rayos X de milisegundos de acreción. Mientras giran, un púlsar superdenso extrae el gas de una enana blanca liviana. Las dos estrellas están tan cerca que encajarían entre la Tierra y la Luna.

Créditos: Goddard Space Flight Center de la NASA

La observación RXTE 2008 de J17062 encontró pulsos de rayos X recurrentes 163 veces por segundo. Estos pulsos marcan las ubicaciones de los puntos calientes alrededor de los polos magnéticos de los púlsares, por lo que permiten a los astrónomos determinar qué tan rápido está girando. El pulsar de J17062 está girando a aproximadamente 9.800 revoluciones por minuto.

Los puntos calientes se forman cuando el intenso campo gravitatorio de una estrella de neutrones extrae material de un compañero estelar, en J17062, de la enana blanca, donde se acumula en un disco de acreción. La materia en el disco cae en espiral hacia abajo, finalmente haciendo su camino hacia la superficie. Las estrellas de neutrones tienen campos magnéticos fuertes, por lo que el material aterriza en la superficie de la estrella de forma desigual, viajando a lo largo del campo magnético hasta los polos magnéticos donde crea puntos calientes.

El bombardeo constante de gas en caída hace que los púlsares de acreción giren más rápidamente. A medida que giran, los puntos calientes entran y salen de la vista de los instrumentos de rayos X como NICER, que registran las fluctuaciones. Algunos púlsares giran más de 700 veces por segundo, comparable a las cuchillas de una licuadora de cocina. Las fluctuaciones de rayos X de los púlsares son tan predecibles que el experimento complementario de NICER, el Explorador de Estación para Tecnología de sincronización y navegación de rayos X (SEXTANT), ya ha demostrado que pueden servir como balizas para la navegación autónoma de futuras naves espaciales.

La misión NICER es una carga útil de la Estación Espacial Internacional que
proporcionará mediciones de alta precisión de estrellas de neutrones, objetos que
contienen materia ultradensa en el umbral del colapso en los agujeros negros. NICER
también probará, por primera vez en el espacio, tecnología que depende de los púlsares
como balizas de navegación. La técnica eventualmente puede guiar la exploración
humana a los confines distantes del sistema solar y más allá. Aunque la investigación
autónoma de NICER ofrece mejoras definitivas a la comprensión científica existente, los
datos de NICER tendrán una sinergia significativa con las misiones existentes y futuras
que pueden ampliar aún más nuestra comprensión del universo. NICER se lanzó el 3 de
junio de 2017 desde la Estación de la Fuerza Aérea de Cabo Cañaveral en Florida a bordo
del vuelo de los Servicios de Reabastecimientos Comerciales del ISX SpaceX-11. Fue
instalado en la estación espacial más tarde ese mes. Créditos: NASA / Keith Gendreau.

Con el tiempo, el material de la estrella donante se acumula en la superficie de la estrella de neutrones. Una vez que la presión de esta capa se acumula hasta el punto en que sus átomos se fusionan, se produce una reacción termonuclear descontrolada, liberando la energía equivalente a 100 bombas de 15 megatones que explotan en cada centímetro cuadrado, explicó Strohmayer. Los rayos X de tales explosiones también pueden ser capturados por NICER, aunque uno aún no se ha visto desde J17062.

Los investigadores pudieron determinar que las estrellas de J17062 giran una alrededor de la otra en una órbita circular, que es común para los AMXP. La estrella donante enana blanca es un "peso ligero", solo alrededor del 1,5 por ciento de la masa de nuestro Sol. El púlsar es mucho más pesado, alrededor de 1,4 masas solares, lo que significa que las estrellas orbitan alrededor de 1.900 millas (3.000 km) del púlsar. Strohmayer dijo que es casi como si la estrella donante orbitara un pulsar estacionario, pero NICER es lo suficientemente sensible como para detectar una ligera fluctuación en la emisión de rayos X del púlsar debido al tirón de la estrella donante.

"La distancia entre nosotros y el púlsar no es constante", dijo Strohmayer. "Varia según este movimiento orbital. Cuando el pulsar está más cerca, la emisión de rayos X tarda un poco menos en llegar a nosotros que cuando está más lejos. Este tiempo de retraso es pequeño, solo alrededor de 8 milisegundos para la órbita de J17062, pero está dentro de las capacidades de una sensible máquina de pulsar como NICER ".

Los resultados del estudio se publicaron el 9 de mayo en The Astrophysical Journal Letters.

La misión de NICER es proporcionar mediciones de alta precisión para seguir estudiando la física y el comportamiento de las estrellas de neutrones. Otros resultados de primera ronda del instrumento han proporcionado detalles sobre las explosiones termonucleares de un objeto y han explorado qué sucede con el disco de acreción durante estos eventos.

"Las estrellas de neutrones resultan ser laboratorios de física nuclear verdaderamente únicos, desde un punto de vista terrestre", dijo Zaven Arzoumanian, un astrofísico de Goddard y científico principal de NICER. "No podemos recrear las condiciones de las estrellas de neutrones en ningún lugar dentro de nuestro sistema solar. Uno de los objetivos clave de NICER es estudiar la física subatómica que no es accesible en ningún otro lugar ".

NICER es una Misión de Astrofísica de Oportunidades dentro del programa Explorer de la NASA, que ofrece frecuentes oportunidades de vuelo para investigaciones científicas de primer nivel desde el espacio utilizando enfoques de gestión innovadores, racionalizados y eficientes dentro de las áreas de ciencia de la helofísica y la astrofísica. La Dirección de Misión de Tecnología Espacial de la NASA apoya el componente SEXTANT de la misión, demostrando la navegación de naves espaciales basadas en púlsares.

Por Jeanette Kazmierczak

El Goddard Space Flight Center de la NASA, Greenbelt, Md.

Última actualización: 10 de mayo de 2018, artículo.

Editor: Rob Garner