Monitorización del primer pulsar ultraluminoso.

Bachetti y sus colaboradores publicaron recientemente un estudio integral de varios años del historial de pulsaciones de M82 X-2, el primer ejemplo de la nueva clase de binarios de rayos X extremadamente luminosos que NuSTAR descubrió en 2014 (ver el telescopio NuSTAR de la NASA descubre una muerte impactante Estrella). Las binarias de rayos X son sistemas astronómicos en los que un objeto compacto, ya sea una estrella de neutrones o un agujero negro, se come hambriento a una estrella cercana. La luminosidad de estos objetos está aproximadamente relacionada con la cantidad y la velocidad a la que acumulan materia de la estrella compañera, y las binarias de rayos X más extremas se denominan "fuentes de rayos X ultraluminosos" o ULX. Los ULX tienen luminosidades tan grandes que deben ser los comedores más codiciosos. Antes de 2014, se pensaba que los ULX eran el eslabón perdido de los agujeros negros de "tamaño mediano" que conectan agujeros negros estelares más pequeños que residen en nuestra propia Vía Láctea con los agujeros negros supermasivos que viven en los centros de la mayoría, si no todos, grandes galaxias.

Imágenes ópticas y de rayos X de M82X-2. Las fuentes de rayos X ultraluminosas (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 astrónomos utilizaron NuSTAR para detectar variaciones regulares, o "pulsaciones", en un ULX conocido como M82X-2, una fuente en el centro de la galaxia M82. Con su excelente resolución espacial, Chandra pudo aislar M82X-2 de otro ULX cercano y descartar las contribuciones de otras posibles fuentes no resueltas por NuSTAR. Esta imagen compuesta muestra rayos X de NuSTAR (violeta) y Chandra (azul). También se muestran los datos ópticos del telescopio NOAO de 2,1 metros (dorado). Los datos de los dos telescopios de rayos X muestran que M82X-2 no es un agujero negro, sino el púlsar más brillante jamás registrado. (Crédito: Rayos X: NASA / CXC / Univ. De Toulouse / M. Bachetti et al, Óptica: NOAO / AURA / NSF)

NuSTAR descubrió que uno de los ULX en la galaxia cercana M82 “pulsa” en rayos X, lo que significa que al menos algunos ULX son estrellas de neutrones pulsantes, o púlsares, y no agujeros negros en absoluto. Esto se debe a que los agujeros negros son incapaces de mantener pulsaciones coherentes a largo plazo, mientras que las estrellas de neutrones pueden pulsar como un faro cósmico. Y, dado que las estrellas de neutrones solo pueden crecer a masas unas pocas veces superiores a las del Sol, esto significa que las estrellas de neutrones como M82 X-2 se están atiborrando, comiendo más de lo que les corresponde de su compañero.

El descubrimiento de estos púlsares extremadamente luminosos ha llevado a una serie de preguntas, incluso si otros fenómenos, como la emisión de rayos X, pueden amplificar la luminosidad de estos objetos y hacer que parezcan comedores más voraces de lo que realmente son. ¿Cómo podemos medir la cantidad de materia que realmente captura el objeto compacto?

Concepción artística de una estrella de neutrones alimentada por una estrella compañera. A medida que la estrella de neutrones gira, los puntos calientes polares y los rayos generan pulsos como un faro cósmico. Crédito de la imagen: NAOJ.

En parte, esta es una pregunta más fácil de responder cuando el objeto compacto es un púlsar como M82 X-2 en lugar de un agujero negro. Como una patinadora artística que acerca sus brazos, el material que cae sobre la estrella de neutrones puede "hacer girar" el sistema. Y si se arroja algún material de la estrella de neutrones, entonces el sistema puede "girar". Al rastrear cuidadosamente la llegada de los pulsos, los astrónomos pueden aprender cómo se alimentan estos sistemas extremos. NuSTAR ha seguido el comportamiento de este púlsar extremo desde 2014 con observaciones regulares, aprovechando la sensibilidad superior de NuSTAR a la emisión de rayos X de alta energía donde las pulsaciones son más fuertes.

Bachetti y colaboradores informan sobre esta larga campaña de observación, mostrando que la rotación del púlsar se ha acelerado y, por primera vez en una fuente de este tipo, se ha desacelerado con el tiempo. Mediante la medición cuidadosa de esta aceleración y desaceleración durante largos períodos de tiempo, los astrónomos están logrando estimaciones cada vez mejores de la cantidad de materia que cae sobre la estrella de neutrones. Al mismo tiempo, esta campaña también caracterizó la órbita del sistema con tanta precisión que, en los próximos años, podremos medir la acumulación de masa a través de pequeñas variaciones en el período orbital.

Se pueden encontrar más detalles en “Todo a la vez: pulsaciones transitorias, descenso y un fallo de la fuente de rayos X ultraluminosa pulsante M82 X-2” de Bachetti et al. (2020, ApJ, 891, 44; https://arxiv.org/pdf/1905.06423).

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.

Otros enlaces de interés:

M82X-2: supuesto agujero negro desenmascarado como pulsar ultraluminoso.

• Publicado en NuSTAR el 22 de mayo del 2020, enlace publicación.