Cambios en un disco de acreción binario de estrellas de neutrones durante el estallido.

Los binarios emisores de rayos X, que consisten en una estrella de neutrones o un agujero negro de masa estelar alimentado por una estrella, proporcionan laboratorios ideales para estudiar la física de la acreción. Los binarios de rayos X de baja masa (LMXB), donde el compañero estelar es aproximadamente la masa del Sol, son particularmente valiosos ya que alternan regularmente entre períodos de acreción activa, conocidos como "arrebatos" que duran de semanas a meses, y períodos de inactividad. con poco o ningún material cayendo sobre el objeto compacto.

Concepto del artista de una estrella de neutrones (la estrella blanca brillante) rodeada por un disco de acreción de material que ha despojado de su estrella compañera de baja masa (arriba a la izquierda). Este material brilla en rayos X cuando cae sobre la estrella de neutrones durante "estallidos" de actividad de rayos X extremadamente brillante. Arte original del Dr. Renee Ludlam (Caltech).

Van den Eijnden y sus colaboradores presentaron recientemente observaciones de rayos X de los observatorios NICER, Swift y NuSTAR de la NASA que monitorean la desintegración de uno de esos estallidos, por la estrella de neutrones galáctica binaria de rayos X 4U 1608−52. A partir de estos datos, infieren cómo el disco de acreción cambia físicamente a medida que el binario de rayos X se desvanece.

Durante una explosión, el material que rodea al objeto compacto forma un disco de acreción geométricamente delgado, pero ópticamente grueso (es decir, opaco). La evidencia de este disco proviene de la detección de la reflexión del disco a energías de rayos X, mediante la cual los fotones reprocesados ​​que irradian el disco se vuelven a emitir como una serie de características atómicas discretas ampliadas relativistamente. Sin embargo, a medida que el binario de rayos X se desvanece hasta la inactividad, hay una variedad de ideas sobre lo que sucede con el material en el disco de acreción. Algunos modelos predicen que el disco de acreción retrocede y desaparece, mientras que otros modelos predicen que el disco se hincha físicamente, volviéndose más transparente, de modo que los fotones de rayos X ya no se reflejan en el disco. Con su respuesta sensible y amplia de alta energía, NuSTAR proporciona una herramienta poderosa para distinguir entre estos modelos.

4U 1608-52 es un binario galáctico de rayos X de baja masa a una distancia de ~ 3,6 kpc, o aproximadamente a 12.000 años luz de distancia, con un objeto compacto de estrella de neutrones. El sistema entra en erupción varias veces por década, lo que lo convierte en un objetivo principal para estudiar la acreción cuando una fuente vuelve a la inactividad. Cuando la fuente entró en erupción en 2018, los observatorios de rayos X NICER y Swift de la NASA monitorearon rápidamente la fuente durante la explosión y detectaron las firmas esperadas de la reflexión del disco. Una vez que la fuente comenzó a volver a la inactividad, se activó una larga observación NuSTAR para seguir el espectro de reflexión y rastrear la geometría del disco a medida que la fuente se desvanecía.

Concepto artístico de NuSTAR en órbita. NuSTAR tiene un mástil de 10 m (30 ') que se desplegó después del lanzamiento para separar los módulos ópticos (derecha) de los detectores en el plano focal (izquierda). La nave espacial, que controla las indicaciones de NuSTAR, y los paneles solares están en el plano focal. NuSTAR tiene dos módulos ópticos idénticos para aumentar la sensibilidad. El fondo es una imagen del centro galáctico obtenida con el Observatorio de rayos X Chandra. Crédito: NASA.

NuSTAR descubrió que las características de reflexión desaparecieron a medida que el sistema se desvanecía y los datos de NuSTAR eran lo suficientemente profundos como para descartar cualquier firma de reflexión hasta límites débiles. Dado que incluso un disco interno en evaporación aún debería mostrar firmas de reflexión débiles del disco de acreción externo, los datos de NuSTAR implican en cambio que el disco se "infló", cambiando de ser geométricamente delgado, pero ópticamente grueso (es decir, opaco) a ser geométricamente grueso, pero ópticamente delgado (es decir, transparente). Curiosamente, varias binarias de rayos X de baja masa con objetos compactos de agujero negro han mostrado, en cambio, el otro escenario, con el disco de acreción retrocediendo a medida que el sistema se desvanece del estallido a la inactividad.

Se pueden encontrar más detalles en “Una morfología de acreción muy cambiante durante la desintegración explosiva de la estrella de neutrones binaria de rayos X 4U 1608−52” de van den Eijnden et al. (2020, MNRAS, 493, 1318; https://arxiv.org/abs/2002.04003).

• Publicado en NuSTAR el 15 de mayo del 2020, enlace publicación.