Ver algunos emisores de rayos X cósmicos podría ser una cuestión de perspectiva
Es difícil pasar por alto el rayo de una linterna que te apunta directamente. Pero ese rayo visto de lado parece significativamente más tenue. Lo mismo es cierto para algunos objetos cósmicos: como una linterna, irradian principalmente en una dirección y se ven dramáticamente diferentes dependiendo de si el haz apunta lejos de la Tierra (y los telescopios espaciales cercanos) o directamente hacia ella.
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| Esta ilustración muestra SS 433, un agujero negro o estrella de neutrones, mientras extrae material de su estrella compañera. El material estelar forma un disco alrededor de SS 433, y parte del material se expulsa al espacio en forma de dos chorros delgados (rosa) que viajan en direcciones opuestas desde SS 433. Crédito: DESY / Science Communication Lab |
Nuevos datos del observatorio espacial NuSTAR de la NASA indican que este fenómeno es cierto para algunos de los emisores de rayos X más destacados del universo local: fuentes de rayos X ultraluminosos o ULX. La mayoría de los objetos cósmicos, incluidas las estrellas, irradian poca luz de rayos X, particularmente en el rango de alta energía visto por NuSTAR. Los ULX, por el contrario, son como faros de rayos X que atraviesan la oscuridad. Para ser considerada ULX, una fuente debe tener una luminosidad de rayos X que sea aproximadamente un millón de veces más brillante que la salida de luz total del Sol (en todas las longitudes de onda). Los ULX son tan brillantes que se pueden ver a millones de años luz de distancia, en otras galaxias.
El nuevo estudio muestra que el objeto conocido como SS 433, ubicado en la galaxia Vía Láctea y a solo unos 20.000 años luz de la Tierra, es un ULX, aunque parece ser unas 1.000 veces más tenue que el umbral mínimo para ser considerado uno. .
Este desmayo es un truco de perspectiva, según el estudio: los rayos X de alta energía del SS 433 están inicialmente confinados dentro de dos conos de gas que se extienden hacia afuera desde lados opuestos del objeto central. Estos conos son similares a un cuenco espejado que rodea la bombilla de una linterna: acorralan la luz de rayos X de SS 433 en un haz estrecho, hasta que escapa y es detectado por NuSTAR. Pero debido a que los conos no apuntan directamente a la Tierra, NuSTAR no puede ver el brillo total del objeto.
"Durante mucho tiempo sospechábamos que algunos ULX emitían luz en columnas estrechas, en lugar de en todas direcciones como una bombilla desnuda", dijo Matt Middleton, profesor de astrofísica en la Universidad de Southampton en el Reino Unido y autor principal del estudio. "En nuestro estudio, confirmamos esta hipótesis al mostrar que SS 433 calificaría como ULX para un observador cara a cara".
Si un ULX relativamente cerca de la Tierra puede ocultar su verdadero brillo debido a cómo está orientado, es probable que haya más ULX, particularmente en otras galaxias, disfrazados de manera similar. Eso significa que la población total de ULX debería ser mucho mayor de lo que los científicos observan actualmente.
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| Esta animación ilustra cómo SS 433, que contiene una fuente de luz brillante rodeada por dos estructuras en forma de cuenco, se inclina hacia adelante y hacia atrás en su órbita. Al igual que con una linterna, la luz del SS 433 parece mucho más tenue cuando se ve de lado. Crédito: NASA / JPL-Caltech |
Cono de oscuridad
Se han encontrado alrededor de 500 ULX en otras galaxias, y su distancia de la Tierra significa que a menudo es casi imposible saber qué tipo de objeto genera la emisión de rayos X. Es probable que los rayos X provengan de una gran cantidad de gas que se calienta a temperaturas extremas cuando es atraído por la gravedad de un objeto muy denso. Ese objeto podría ser una estrella de neutrones (los restos de una estrella colapsada) o un pequeño agujero negro, uno que no tiene más de unas 30 veces la masa de nuestro Sol. El gas forma un disco alrededor del objeto, como agua rodeando un desagüe. La fricción en el disco aumenta la temperatura, lo que hace que se irradie, a veces tan caliente que el sistema estalla con rayos X. Cuanto más rápido cae el material sobre el objeto central, más brillantes son los rayos X.
Los astrónomos sospechan que el objeto en el corazón de SS 433 es un agujero negro de aproximadamente 10 veces la masa de nuestro Sol. Lo que se sabe con certeza es que está canibalizando una gran estrella cercana, su gravedad extrayendo material a un ritmo rápido: en un solo año, SS 433 roba el equivalente a unas 30 veces la masa de la Tierra de su vecino, lo que lo convierte en el más codicioso agujero negro o estrella de neutrones conocida en nuestra galaxia.
"Se sabe desde hace mucho tiempo que esta cosa está comiendo a un ritmo fenomenal", dijo Middleton. "Esto es lo que distingue a los ULX de otros objetos, y es probable que sea la causa principal de la gran cantidad de rayos X que vemos en ellos".
El objeto en SS 433 tiene ojos más grandes que su estómago: está robando más material del que puede consumir. Parte del material sobrante se expulsa del disco y forma dos hemisferios en lados opuestos del disco. Dentro de cada uno hay un vacío en forma de cono que se abre al espacio. Estos son los conos que acorralan la luz de rayos X de alta energía en un rayo. Cualquiera que mire directamente hacia uno de los conos verá un ULX obvio. Aunque están compuestos únicamente de gas, los conos son tan gruesos y masivos que actúan como paneles de plomo en una sala de proyección de rayos X y bloquean el paso de los rayos X a los lados.
"Cuando lanzamos NuSTAR, no creo que nadie esperara que los ULX fueran un área de investigación tan rica para nosotros", dijo Fiona Harrison, investigadora principal de NuSTAR y profesora de física en Caltech en Pasadena, California. "Pero NuSTAR es único en el sentido de que puede ver casi todo el rango de longitudes de onda de rayos X emitidas por estos objetos, y eso nos da una idea de los procesos extremos que deben impulsarlos".
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| El objeto cósmico SS 433 contiene una fuente brillante de luz de rayos X rodeada por dos hemisferios de gas caliente. El gas acorrala la luz en haces que apuntan en direcciones opuestas lejos de la fuente. SS 433 se inclina periódicamente, lo que hace que un haz de rayos X apunte hacia la Tierra. Crédito: NASA / JPL-Caltech |
Más sobre la misión
NuSTAR es una misión Small Explorer dirigida por Caltech y administrada por el Laboratorio de Propulsión a Chorro de la NASA, una división de Caltech, para la Dirección de Misiones Científicas de la agencia en Washington. NuSTAR fue desarrollado en asociación con la Universidad Técnica Danesa y la Agencia Espacial Italiana (ASI). La nave espacial fue construida por Orbital Sciences Corporation en Dulles, Virginia (ahora parte de Northrop Grumman). El centro de operaciones de la misión de NuSTAR se encuentra en la Universidad de California, Berkeley, y el archivo de datos oficial está en el Centro de Investigación del Archivo Científico de Astrofísica de Alta Energía de la NASA. ASI proporciona la estación terrestre de la misión y un archivo espejo.
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| Ilustración de la nave espacial NuSTAR, que tiene un mástil de 30 pies (10 metros) que separa los módulos ópticos (derecha) de los detectores en el plano focal (izquierda). Esta separación es necesaria para el método utilizado para detectar rayos X. Crédito: NASA / JPL-Caltech |
Para obtener más información sobre NuSTAR, visite:
https://www.nasa.gov/mission_pages/nustar/main/index.html
https://www.nustar.caltech.edu/
Contacto con los medios de comunicación
Calla Cofield
Laboratorio de propulsión a chorro, Pasadena, California.
626-808-2469
• Publicado en NuSTAR el 9 de julio del 2021, enlace publicación.
