NICER de la NASA encuentra aumentos de rayos X en las ráfagas de radio del Púlsar del Cangrejo.
Una colaboración científica global que utiliza datos del telescopio Explorador de composición interior de la estrella de neutrones (NICER) de la NASA en la Estación Espacial Internacional ha descubierto oleadas de rayos X que acompañan a las explosiones de radio del púlsar en la Nebulosa del Cangrejo. El hallazgo muestra que estas explosiones, llamadas pulsos de radio gigantes, liberan mucha más energía de lo que se sospechaba anteriormente.
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| La Nebulosa del Cangrejo, la nube de escombros en expansión de seis años luz de ancho de una explosión de supernova, alberga una estrella de neutrones que gira 30 veces por segundo y se encuentra entre los púlsares más brillantes del cielo en longitudes de onda de radio y rayos X. Este compuesto de imágenes del telescopio espacial Hubble revela diferentes gases expulsados en la explosión: el azul revela oxígeno neutro, el verde muestra azufre ionizado individualmente y el rojo indica oxígeno doblemente ionizado. Crédito: NASA, ESA, J. Hester y A. Loll (Universidad Estatal de Arizona) |
Un púlsar es un tipo de estrella de neutrones que gira rápidamente, el núcleo aplastado del tamaño de una ciudad de una estrella que explotó como una supernova. Una estrella de neutrones joven y aislada puede girar docenas de veces por segundo, y su campo magnético giratorio alimenta haces de ondas de radio, luz visible, rayos X y rayos gamma. Si estos rayos pasan por la Tierra, los astrónomos observan pulsos de emisión en forma de reloj y clasifican el objeto como un púlsar.
"De más de 2.800 púlsares catalogados, el pulsar del Cangrejo es uno de los pocos que emiten pulsos de radio gigantes, que ocurren esporádicamente y pueden ser cientos o miles de veces más brillantes que los pulsos regulares", dijo el científico principal Teruaki Enoto en el RIKEN Grupo de investigación pionera en Wako, prefectura de Saitama, Japón. “Después de décadas de observaciones, solo se ha demostrado que el Cangrejo mejora sus pulsos de radio gigantes con emisiones de otras partes del espectro”.
El nuevo estudio, que aparecerá en la edición del 9 de abril de Science y ahora está disponible en línea, analizó la mayor cantidad de datos de radio y rayos X simultáneos jamás recopilados de un púlsar. Extiende el rango de energía observado asociado con este fenómeno de mejora miles de veces.
Situada a unos 6.500 años luz de distancia en la constelación de Tauro, la Nebulosa del Cangrejo y su púlsar se formaron en una supernova cuya luz llegó a la Tierra en julio de 1054. La estrella de neutrones gira 30 veces por segundo, y en longitudes de onda de radio y rayos X se encuentra entre los púlsares más brillantes del cielo.
Entre agosto de 2017 y agosto de 2019, Enoto y sus colegas usaron NICER para observar repetidamente el pulsar del Cangrejo en rayos X con energías de hasta 10,000 electronvoltios, o miles de veces la de la luz visible. Mientras NICER miraba, el equipo también estudió el objeto utilizando al menos uno de los dos radiotelescopios terrestres en Japón: el plato de 34 metros en el Centro de Tecnología Espacial de Kashima y el plato de 64 metros en Usuda Deep de la Agencia de Exploración Aeroespacial de Japón. Space Center, ambos operando a una frecuencia de 2 gigahercios.
El conjunto de datos combinado les dio a los investigadores casi un día y medio de cobertura simultánea de rayos X y radio. En total, capturaron actividad en 3,7 millones de rotaciones de púlsares y obtuvieron unos 26.000 pulsos de radio gigantes.
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| Entre 2017 y 2019, la estrella de neutrones Interior Composition Explorer (NICER) de la NASA y los radiotelescopios de Japón estudiaron el púlsar del cangrejo al mismo tiempo. En esta visualización, que representa solo 13 minutos de observaciones de NICER, se trazan millones de rayos X en relación con la fase de rotación del púlsar, que se centra en la emisión de radio más fuerte. Para mayor claridad, se muestran dos rotaciones completas. A medida que los haces de púlsar recorren nuestra línea de visión, producen dos picos por cada rotación, y el más brillante se asocia con un mayor número de pulsos de radio gigantes. Por primera vez, los datos de NICER muestran un ligero aumento en la emisión de rayos X asociada con estos eventos. Créditos: Centro de vuelos espaciales Goddard de la NASA / Enoto et al. 2021 |
Los pulsos gigantes brotan rápidamente, aumentan en millonésimas de segundo y ocurren de manera impredecible. Sin embargo, cuando ocurren, coinciden con las pulsaciones regulares de un reloj.
NICER registra el tiempo de llegada de cada rayo X que detecta dentro de los 100 nanosegundos, pero la precisión del tiempo del telescopio no es su única ventaja para este estudio.
"La capacidad de NICER para observar fuentes de rayos X brillantes es casi cuatro veces mayor que el brillo combinado del púlsar y su nebulosa", dijo Zaven Arzoumanian, líder científico del proyecto en el Centro de Vuelo Espacial Goddard de la NASA en Greenbelt, Maryland. "Por lo tanto, estas observaciones no se vieron afectadas en gran medida por el pileup, donde un detector cuenta dos o más rayos X como un solo evento, y otros problemas que han complicado los análisis anteriores".
Las observaciones de la estrella de neutrones Interior Composition Explorer (NICER) de la NASA muestran impulsos de rayos X vinculados en los pulsos de radio gigantes aleatorios del púlsar del Cangrejo. Mire para obtener más información. Crédito: Centro de vuelos espaciales Goddard de la NASAEl equipo de Enoto combinó todos los datos de rayos X que coincidieron con pulsos de radio gigantes, revelando un aumento de rayos X de aproximadamente un 4% que ocurrió en sincronía con ellos. Es notablemente similar al aumento del 3% en la luz visible también asociado con el fenómeno, descubierto en 2003. En comparación con la diferencia de brillo entre los pulsos regulares y gigantes del Cangrejo, estos cambios son notablemente pequeños y representan un desafío para que los modelos teóricos los expliquen.
Las mejoras sugieren que los pulsos gigantes son una manifestación de procesos subyacentes que producen emisiones que abarcan el espectro electromagnético, desde la radio hasta los rayos X. Y debido a que los rayos X empacan millones de veces la fuerza de las ondas de radio, incluso un aumento modesto representa una gran contribución de energía. Los investigadores concluyen que la energía total emitida asociada con un pulso gigante es de decenas a cientos de veces más alta que la estimada previamente a partir de los datos ópticos y de radio solamente.
"Todavía no entendemos cómo o dónde los púlsares producen su compleja y amplia emisión, y es gratificante haber contribuido con otra pieza al rompecabezas de múltiples longitudes de onda de estos fascinantes objetos", dijo Enoto.
NICER es una Misión de Oportunidad de Astrofísica dentro del programa Explorers de la NASA, que brinda oportunidades de vuelos frecuentes para investigaciones científicas de clase mundial desde el espacio utilizando enfoques de gestión innovadores, optimizados y eficientes dentro de las áreas de ciencia heliofísica y 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.
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| NICER en la Estación Espacial Internacional. Crédito: NASA. |
Por Francis Reddy
Centro de vuelo espacial Goddard de la NASA, Greenbelt, Maryland.
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Claire Andreoli
Centro de vuelo espacial Goddard de la NASA, Greenbelt, Maryland.
(301) 286-1940
Última actualización: 8 de abril de 2021, enlace publicación.
Editor: Francis Reddy
