Chandra y Hubble de la NASA sintonizan la Nebulosa de la Guitarra "lanzallamas"

Una “guitarra lanzallamas”, que normalmente solo se encuentra en bandas de heavy metal o en ciertas películas postapocalípticas, ha sido avistada moviéndose por el espacio. Los astrónomos han capturado películas de este objeto cósmico extremo utilizando el Observatorio de rayos X Chandra de la NASA y el Telescopio Espacial Hubble.

La forma de guitarra de la “Nebulosa de la Guitarra” proviene de las burbujas que forman las partículas expulsadas del púlsar a través de un viento constante mientras se mueve por el espacio. Las imágenes de Chandra tomadas en 2000, 2006, 2012 y 2021 se han combinado con una única imagen en luz óptica de Palomar. Los rayos X de Chandra muestran un filamento de materia energética y partículas de antimateria, de unos dos años luz de longitud, que se aleja del púlsar (que se ve como el punto blanco brillante). La película muestra cómo ha cambiado este filamento a lo largo de dos décadas. Un recuadro muestra un primer plano de la “cabeza de la guitarra” del telescopio espacial Hubble de la NASA, que también ha cambiado con el tiempo entre 1994 y 2021. Créditos: Rayos X: NASA/CXC/Universidad de Stanford/M. de Vries et al.; Óptica: (Hubble) NASA/ESA/STScI y (Palomar) Telescopio Hale/Palomar/CalTech; Procesamiento de imágenes: NASA/CXC/SAO/L. Frattare

La nueva película de datos de Chandra (rojo) y Palomar (azul) ayuda a desglosar lo que está sucediendo en la Nebulosa de la Guitarra. Los rayos X de Chandra muestran un filamento de materia energética y partículas de antimateria, de unos dos años luz o 12 billones de millas de largo, que se aleja del púlsar (que se ve como el punto blanco brillante conectado al filamento).

Los astrónomos han bautizado la estructura conectada al púlsar PSR B2224+65 como la “Nebulosa de la Guitarra” debido a su marcada semejanza con el instrumento en la luz brillante del hidrógeno. La forma de la guitarra proviene de las burbujas que forman las partículas expulsadas del púlsar a través de un viento constante. Debido a que el púlsar se mueve desde la esquina inferior derecha a la esquina superior izquierda, la mayoría de las burbujas se crearon en el pasado cuando el púlsar se movía a través de un medio con variaciones de densidad .

En la punta de la guitarra se encuentra el púlsar, una estrella de neutrones que gira rápidamente y que quedó después del colapso de una estrella masiva. A medida que avanza a toda velocidad por el espacio, va expulsando un filamento de partículas y rayos X similar a una llama que los astrónomos han capturado con Chandra.

¿Cómo es posible que el espacio produzca algo tan extraño? La combinación de dos extremos (rotación rápida y campos magnéticos elevados de los púlsares) produce aceleración de partículas y radiación de alta energía que crea partículas de materia y antimateria, como pares de electrones y positrones. En esta situación, el proceso habitual de conversión de masa en energía, determinado por la famosa ecuación E = mc2 de Albert Einstein, se invierte. Aquí, la energía se convierte en masa para producir las partículas.

Las partículas que se mueven en espiral a lo largo de las líneas del campo magnético alrededor del púlsar crean los rayos X que detecta Chandra. A medida que el púlsar y la nebulosa de partículas energéticas que lo rodea han volado a través del espacio, han chocado con regiones más densas de gas. Esto permite que las partículas más energéticas escapen de los confines de la Nebulosa de la Guitarra y vuelen hacia la derecha del púlsar, creando el filamento de rayos X. Cuando esas partículas escapan, giran en espiral y fluyen a lo largo de las líneas del campo magnético en el medio interestelar, es decir, el espacio entre las estrellas.

La nueva película muestra el púlsar y el filamento volando hacia la parte superior izquierda de la imagen a través de datos de Chandra tomados en 2000, 2006, 2012 y 2021. La película tiene la misma imagen óptica en cada fotograma, por lo que no muestra cambios en partes de la "guitarra". Una película separada obtenida con datos del telescopio espacial Hubble de la NASA (obtenidos en 1994, 2001, 2006 y 2021) muestra el movimiento del púlsar y las estructuras más pequeñas que lo rodean.

Un estudio de estos datos ha concluido que las variaciones que impulsan la formación de burbujas en la nebulosa de hidrógeno, que forma el contorno de la guitarra, también controlan los cambios en la cantidad de partículas que escapan hacia la derecha del púlsar, causando un brillo y un desvanecimiento sutiles del filamento de rayos X, como un soplete cósmico disparado desde la punta de la guitarra.

La estructura del filamento enseña a los astrónomos cómo viajan los electrones y positrones a través del medio interestelar. También proporciona un ejemplo de cómo este proceso inyecta electrones y positrones en el medio interestelar.

Un artículo que describe estos resultados fue publicado en The Astrophysical Journal y está disponible aquí.

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

Crédito Rayos X: NASA/CXC/Universidad de Stanford/M. de Vries et al.; Óptica: (Hubble) NASA/ESA/STScI y (Palomar) Telescopio Hale/Palomar/CalTech; Procesamiento de imágenes: NASA/CXC/SAO/L. Frattare

Publicado en Chandra el 20 de noviembre del 2024, enlace publicación.