Chandra de la NASA captura púlsares araña que destruyen estrellas cercanas

Un grupo de estrellas muertas conocidas como “púlsares araña” están destruyendo estrellas compañeras que están a su alcance. Los datos del Observatorio de rayos X Chandra de la NASA del cúmulo globular Omega Centauri están ayudando a los astrónomos a comprender cómo estos púlsares araña se aprovechan de sus compañeros estelares.

Los astrónomos han estudiado los “púlsares araña”, una clase especial de objetos que giran rápidamente y que están despojando a las estrellas compañeras de sus atmósferas, en Omega Centauri y otros cúmulos globulares. Los astrónomos combinaron rayos X de Chandra con datos de radio para comprender mejor estos objetos exóticos. La aguda visión de rayos X de Chandra es crucial para estudiar este tipo de objetos en cúmulos globulares porque a menudo contienen muchas fuentes de rayos X en un campo de visión pequeño. En estas imágenes, los datos de Chandra se muestran junto con una vista óptica del Hubble y una vista infrarroja del Spitzer. Rayos X: NASA/CXC/Univ. Estatal de San Francisco/A. Cool y otros; Óptico: NASA/ESA/STScI; IR: NASA/JPL/Caltech; Procesamiento de imágenes: NASA/CXC/SAO/N. Wolk

Un púlsar es el núcleo denso que gira y que queda después de que una estrella masiva colapsa sobre sí misma para formar una estrella de neutrones . Las estrellas de neutrones que giran rápidamente pueden producir rayos de radiación . Al igual que el haz de un faro giratorio, la radiación se puede observar como una poderosa fuente de radiación pulsante, o púlsar. Algunos púlsares giran entre decenas y cientos de veces por segundo y se conocen como púlsares de milisegundos.

Los púlsares araña son una clase especial de púlsares de milisegundos y reciben su nombre por el daño que infligen a las pequeñas estrellas compañeras que orbitan a su alrededor. Mediante vientos de partículas energéticas que salen de los púlsares araña, se eliminan metódicamente las capas exteriores de las estrellas compañeras del púlsar.

Los astrónomos descubrieron recientemente púlsares de 18 milisegundos en Omega Centauri, ubicado a unos 17.700 años luz de la Tierra, utilizando los radiotelescopios Parkes y MeerKAT. Luego , un par de astrónomos de la Universidad de Alberta en Canadá observaron los datos de Chandra de Omega Centauri para ver si alguno de los púlsares de milisegundos emite rayos X.

Encontraron púlsares de 11 milisegundos que emitían rayos X, y cinco de ellos eran púlsares de araña concentrados cerca del centro de Omega Centauri. A continuación, los investigadores combinaron los datos de Omega Centauri con las observaciones de Chandra de 26 púlsares en forma de araña en otros 12 cúmulos globulares.

Hay dos variedades de púlsares araña según el tamaño de la estrella que se destruye. Los púlsares araña “de espalda roja” son estrellas compañeras dañinas que pesan entre una décima parte y la mitad de la masa del Sol. Mientras tanto, los púlsares araña “viuda negra” están dañando estrellas compañeras con menos del 5 por ciento de la masa del Sol.

El equipo encontró una clara diferencia entre las dos clases de púlsares araña: los de espalda roja son más brillantes en rayos X que las viudas negras, lo que confirma trabajos anteriores. El equipo es el primero en mostrar una correlación general entre el brillo de los rayos X y la masa de los púlsares en forma de araña, donde los púlsares que producen más rayos X se combinan con compañeros más masivos. Esto proporciona una evidencia clara de que la masa del compañero de los púlsares araña influye en la dosis de rayos X que recibe la estrella.

Se cree que los rayos X detectados por Chandra se generan principalmente cuando los vientos de partículas que se alejan de los púlsares chocan con los vientos de materia que se alejan de las estrellas compañeras y producen ondas de choque similares a las producidas por aviones supersónicos.

Los púlsares araña suelen estar separados de sus compañeros por sólo entre una y 14 veces la distancia entre la Tierra y la Luna. Esta proximidad (cósmicamente hablando) hace que las partículas energéticas de los púlsares sean particularmente dañinas para sus estrellas compañeras.

Este hallazgo concuerda con los modelos teóricos que los científicos han desarrollado. Debido a que las estrellas más masivas producen un viento de partículas más denso, se produce un choque más fuerte (que produce rayos X más brillantes) cuando su viento choca con las partículas del púlsar. La proximidad de las estrellas compañeras a sus púlsares significa que los rayos X pueden causar daños importantes a las estrellas, junto con el viento del púlsar.

La aguda visión de rayos X de Chandra es crucial para estudiar púlsares de milisegundos en cúmulos globulares porque a menudo contienen una gran cantidad de fuentes de rayos X en una pequeña parte del cielo, lo que dificulta distinguir las fuentes entre sí. Varios de los púlsares de milisegundos en Omega Centauri tienen otras fuentes de rayos X no relacionadas a sólo unos segundos de arco de distancia. (Un segundo de arco es el tamaño aparente de una moneda de un centavo vista a una distancia de 2,5 millas).

El artículo que describe estos resultados se publicará en la edición de diciembre de Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, y una preimpresión del artículo aceptado está disponible en línea . Los autores del artículo son Jiaqi (Jake) Zhao y Craig Heinke, ambos de la Universidad de Alberta en Canadá.

El Centro Marshall de Vuelos Espaciales de la NASA gestiona el programa Chandra. El Centro de rayos X Chandra del Observatorio Astrofísico Smithsonian controla las operaciones científicas desde Cambridge, Massachusetts, y las operaciones de vuelo desde Burlington, Massachusetts.

Crédito Rayos X: NASA/CXC/Univ. Estatal de San Francisco/A. Cool y otros; Óptico: NASA/ESA/STScI; IR: NASA/JPL/Caltech; Procesamiento de imágenes: NASA/CXC/SAO/N. Wolk

Publicado en Chandra el 30 de noviembre del 2023, enlace publicación.