NuSTAR de la NASA hace descubrimientos esclarecedores con luz "molesta"
Una peculiaridad de diseño en el observatorio de rayos X ha hecho posible que los astrónomos utilicen luz no deseada para estudiar incluso más objetos cósmicos que antes.
Durante casi 10 años, el observatorio espacial de rayos X NuSTAR (Nuclear Spectroscopic Telescope Array) de la NASA ha estado estudiando algunos de los objetos de mayor energía del universo, como estrellas muertas en colisión y enormes agujeros negros que se alimentan de gas caliente. Durante ese tiempo, los científicos han tenido que lidiar con la luz parásita que se filtra por los lados del observatorio, lo que puede interferir con las observaciones de la misma manera que el ruido externo puede ahogar una llamada telefónica.
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| 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. |
Pero ahora los miembros del equipo han descubierto cómo usar esa luz de rayos X perdida para aprender sobre los objetos en la visión periférica de NuSTAR mientras realizan observaciones dirigidas normales. Este desarrollo tiene el potencial de multiplicar los conocimientos que proporciona NuSTAR. Un nuevo artículo científico en el Astrophysical Journal describe el primer uso de las observaciones de luz perdida de NuSTAR para aprender sobre un objeto cósmico, en este caso, una estrella de neutrones.
Pepitas de material que quedan después del colapso de una estrella, las estrellas de neutrones son algunos de los objetos más densos del universo, solo superados por los agujeros negros. Sus poderosos campos magnéticos atrapan partículas de gas y las canalizan hacia la superficie de la estrella de neutrones. A medida que las partículas se aceleran y activan, liberan rayos X de alta energía que NuSTAR puede detectar.
El nuevo estudio describe un sistema llamado SMC X-1, que consiste en una estrella de neutrones que orbita una estrella viva en una de las dos pequeñas galaxias que orbitan la Vía Láctea (la galaxia de origen de la Tierra). El brillo de la salida de rayos X de SMC X-1 parece variar enormemente cuando se observa con telescopios, pero décadas de observaciones directas realizadas por NuSTAR y otros telescopios han revelado un patrón de fluctuaciones. Los científicos han identificado varias razones por las que SMC X-1 cambia de brillo cuando se estudia con telescopios de rayos X. Por ejemplo, el brillo de los rayos X se atenúa a medida que la estrella de neutrones se sumerge detrás de la estrella viva con cada órbita. Según el documento, los datos de luz parásita fueron lo suficientemente sensibles como para detectar algunos de esos cambios bien documentados.
"Creo que este artículo muestra que este enfoque de luz parásita es confiable, porque observamos fluctuaciones de brillo en la estrella de neutrones en SMC X-1 que ya hemos confirmado a través de observaciones directas", dijo McKinley Brumback, astrofísico de Caltech en Pasadena, California. y autor principal del nuevo estudio. "En el futuro, sería genial si pudiéramos usar los datos de luz parásita para mirar objetos cuando aún no sabemos si están cambiando regularmente en brillo y potencialmente usar este enfoque para detectar cambios".
Forma y Función
El nuevo enfoque es posible gracias a la forma de NuSTAR, que es similar a una mancuerna o un hueso de perro: tiene dos componentes voluminosos en cada extremo de una estructura angosta de 33 pies de largo (10 metros de largo) llamada mástil desplegable, o auge. Por lo general, los investigadores apuntan uno de los extremos voluminosos, que contiene la óptica o el hardware que recolecta los rayos X, al objeto que desean estudiar. La luz viaja a lo largo del brazo hasta los detectores, ubicados en el otro extremo de la nave espacial. La distancia entre ambos es necesaria para enfocar la luz.
Pero la luz parásita también llega a los detectores al entrar por los lados de la barrera, sin pasar por la óptica. Aparece en el campo de visión de NuSTAR junto con la luz de cualquier objeto que el telescopio observe directamente y, a menudo, es bastante fácil de identificar a simple vista: forma un círculo de luz tenue que emerge de los lados de la imagen. (Como era de esperar, la luz parásita es un problema para muchos otros telescopios espaciales y terrestres).
Un grupo de miembros del equipo de NuSTAR ha pasado los últimos años separando la luz perdida de varias observaciones de NuSTAR. Después de identificar fuentes de rayos X conocidas y brillantes en la periferia de cada observación, usaron modelos de computadora para predecir cuánta luz parásita debería aparecer en función de qué objeto brillante estaba cerca. También observaron casi todas las observaciones de NuSTAR para confirmar el signo revelador de luz parásita. El equipo creó un catálogo de alrededor de 80 objetos para los cuales NuSTAR había recopilado observaciones de luz perdida, nombrando la colección "StrayCats".
“Imagínese sentarse en una sala de cine tranquila, ver un drama y escuchar las explosiones en la película de acción que se reproduce al lado”, dijo Brian Grefenstette, científico investigador principal de Caltech y miembro del equipo de NuSTAR que dirige el trabajo de StrayCats. “En el pasado, así era la luz perdida: una distracción de lo que intentábamos enfocar. Ahora tenemos las herramientas para convertir ese ruido adicional en datos útiles, abriendo una forma completamente nueva de usar NuSTAR para estudiar el universo”.
Por supuesto, los datos de luz parásita no pueden reemplazar las observaciones directas de NuSTAR. Aparte de que la luz parásita está desenfocada, muchos objetos que NuSTAR puede observar directamente son demasiado débiles para aparecer en el catálogo de luz parásita. Pero Grefenstette dijo que varios estudiantes de Caltech revisaron los datos y encontraron casos de rápido brillo de objetos periféricos, que podrían ser cualquier cantidad de eventos dramáticos, como explosiones termonucleares en las superficies de las estrellas de neutrones. Observar la frecuencia y la intensidad de los cambios en el brillo de una estrella de neutrones puede ayudar a los científicos a descifrar lo que les sucede a esos objetos.
"Si está tratando de buscar un patrón en el comportamiento a largo plazo o el brillo de una fuente de rayos X, las observaciones de luz dispersa podrían ser una excelente manera de verificar más a menudo y establecer una línea de base", dijo Renee Ludlam, becaria Einstein del Programa de becas Hubble de la NASA en Caltech y miembro del equipo de StrayCats. “También podrían permitirnos detectar comportamientos extraños en estos objetos cuando no los esperamos o cuando normalmente no podríamos apuntar NuSTAR directamente hacia ellos. Las observaciones de luz dispersa no reemplazan las observaciones directas, pero más datos siempre es bueno”.
Más sobre la misión
NuSTAR se lanzó el 13 de junio de 2012. Una misión Small Explorer dirigida por Caltech y administrada por JPL para la Dirección de Misiones Científicas de la NASA en Washington, fue desarrollada en asociación con la Universidad Técnica Danesa (DTU) y la Agencia Espacial Italiana (ASI). La óptica del telescopio fue construida por la Universidad de Columbia, el Centro de Vuelo Espacial Goddard de la NASA en Greenbelt, Maryland y DTU. La nave espacial fue construida por Orbital Sciences Corp. en Dulles, Virginia. El centro de operaciones de la misión de NuSTAR se encuentra en la Universidad de California, Berkeley, y el archivo de datos oficial se encuentra en el Centro de Investigación del Archivo de Ciencias de Astrofísica de Alta Energía de la NASA. ASI proporciona la estación terrestre de la misión y un archivo de datos espejo. Caltech administra JPL para la NASA.
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Calla Cofield
Laboratorio de Propulsión a Chorro, Pasadena, California.
• Publicado en NuSTAR el 1 de marzo del 2022, enlace publicación.
