XRISM desentraña un misterio en los vientos cósmicos del cambio

La misión XRISM (Misión de Imágenes y Espectroscopia de Rayos X) ha revelado una diferencia inesperada entre los potentes vientos que emanan del disco que rodea a una estrella de neutrones y los que provienen del material que orbita agujeros negros supermasivos. El viento sorprendentemente denso que sopla desde el sistema estelar desafía nuestra comprensión de cómo se forman estos vientos y cómo impulsan los cambios en su entorno.

Representación artística de los potentes vientos que emanan de la brillante fuente de rayos X GX13+1. Los rayos X provienen de un disco de materia caliente, conocido como disco de acreción, que desciende en espiral hasta impactar la superficie de una estrella de neutrones. El telescopio de rayos X XRISM apuntó a la fuente el 25 de febrero de 2024 y recopiló datos con un nivel de detalle sin precedentes utilizando su instrumento Resolve. Estos datos han revelado una diferencia inesperada entre los potentes vientos que se originan en un disco alrededor de una estrella de neutrones y los que provienen del material que orbita agujeros negros supermasivos. El viento sorprendentemente denso que emana del sistema estelar desafía nuestra comprensión de cómo se forman estos vientos y cómo impulsan los cambios en su entorno. Leer más [Descripción de la imagen: La imagen se centra en un disco de color azul a rosa de material arremolinado, que gira alrededor de una esfera blanca brillante en el centro. Rayos brillantes, principalmente blancos a rosas, ascienden hacia la parte superior de la imagen, como un viento que se desprende de la materia en rotación. A la izquierda de la imagen, se aprecia parcialmente una esfera de color amarillo a naranja, que representa una estrella.] La estrella parece alimentar el disco mediante un flujo de materia anaranjada que los conecta. Crédito: ESA, Agradecimientos. ATG Europe

El 25 de febrero de 2024, XRISM utilizó su instrumento Resolve para observar la estrella de neutrones GX13+1, el núcleo extinto de una estrella que alguna vez fue más grande. GX13+1 es una brillante fuente de rayos X. Estos rayos X provienen de un disco de materia caliente, conocido como disco de acreción, que desciende gradualmente en espiral hasta impactar la superficie de la estrella de neutrones.

Estas corrientes de entrada también impulsan corrientes de salida que influyen y transforman el entorno cósmico. Sin embargo, los detalles sobre cómo se producen estas corrientes de salida siguen siendo objeto de investigación. Por ello, XRISM estaba observando GX13+1.

Dado el poder sin precedentes de Resolve para desentrañar la energía de los fotones de rayos X entrantes, el equipo de XRISM esperaba ver esos detalles como nunca antes.

«Cuando vimos por primera vez la gran cantidad de detalles en los datos, sentimos que estábamos presenciando un resultado revolucionario», afirma Matteo Guainazzi, científico del proyecto XRISM de la ESA. «Para muchos de nosotros, fue la realización de un sueño que habíamos perseguido durante décadas».

Estos vientos cósmicos son mucho más que curiosidades científicas: son los vientos que impulsan el cambio cósmico.

También se originan en sistemas de agujeros negros supermasivos ubicados en los centros de las galaxias, y pueden provocar la formación de estrellas al desencadenar el colapso de nubes moleculares gigantes, o bien, detenerla al calentar y dispersar dichas nubes. Los astrónomos denominan a este fenómeno «retroalimentación», y puede ser tan poderoso que los vientos de un agujero negro supermasivo pueden controlar el crecimiento de toda su galaxia anfitriona.

Dado que los mecanismos que generan los vientos de los agujeros negros supermasivos pueden ser fundamentalmente los mismos que los que operan alrededor de GX13+1, el equipo optó por observar GX13+1 porque está más cerca y, por lo tanto, parece más brillante que las variedades de agujeros negros supermasivos, lo que significa que se puede estudiar con más detalle.

Hubo una sorpresa. Unos días antes de que se realizaran las observaciones, GX13+1 inesperadamente aumentó su brillo, alcanzando o incluso superando un límite teórico conocido como límite de Eddington.

El principio que subyace a este límite es que, a medida que cae más materia sobre un objeto compacto como un agujero negro o una estrella de neutrones, se libera más energía. Cuanto más rápido se libera la energía, mayor es la presión que ejerce sobre la materia que cae, empujando una mayor cantidad de ella de vuelta al espacio. En el límite de Eddington, la cantidad de luz de alta energía producida es prácticamente suficiente para transformar casi toda la materia que cae en un viento cósmico.

XRISM realizará observaciones espectroscópicas de rayos X de alta resolución del viento de plasma de gas caliente que atraviesa las galaxias del universo. Este innovador proyecto internacional, liderado por JAXA, se desarrollará en colaboración con la NASA, la ESA y otros socios altamente cualificados. La nave espacial se lanzará en 2023 desde el Centro Espacial de Tanegashima, Japón, con componentes de hardware y apoyo para la gestión y planificación científica proporcionados por la ESA. A cambio, la ESA dispondrá de tiempo de observación, que se asignará a científicos afiliados a instituciones de los Estados miembros de la ESA. CRÉDITO: JAXA

Y Resolve estaba viendo GX13+1 justo cuando tuvo lugar este asombroso acontecimiento.

«No podríamos haberlo programado ni aunque lo hubiéramos intentado», afirmó Chris Done, de la Universidad de Durham (Reino Unido), investigador principal del estudio. «El sistema pasó de emitir aproximadamente la mitad de su radiación máxima a algo mucho más intenso, creando un viento más denso que cualquier otro que hubiéramos visto antes».

Pero, misteriosamente, el viento no viajaba a la velocidad que esperaban los científicos de XRISM. Se mantenía en torno a 1 millón de km/h. Si bien es rápido para cualquier estándar terrestre, resulta decididamente lento en comparación con los vientos cósmicos que se producen cerca del límite de Eddington alrededor de un agujero negro supermasivo. En esa situación, los vientos pueden alcanzar entre el 20 y el 30 por ciento de la velocidad de la luz, más de 200 millones de km/h.

“Todavía me sorprende lo lento que sopla este viento”, dice Chris, “además de lo denso que es. Es como mirar el sol a través de un banco de niebla que se acerca. Todo se oscurece cuando la niebla es espesa”.

No fue la única diferencia que observó el equipo. XRISM ya había revelado un viento proveniente de un agujero negro supermasivo en el límite de Eddington. Allí, el viento era ultrarrápido y grumoso, mientras que el viento en GX13+1 es lento y de flujo suave.

“Los vientos eran completamente diferentes, pero provienen de sistemas que son prácticamente iguales en términos del límite de Eddington. Entonces, si estos vientos realmente solo son impulsados ​​por la presión de radiación, ¿por qué son diferentes?”, pregunta Chris.

El equipo ha propuesto que la diferencia radica en la temperatura del disco de acreción que se forma alrededor del objeto central. Paradójicamente, los agujeros negros supermasivos tienden a tener discos de acreción con temperaturas más bajas que los que rodean a los sistemas binarios de masa estelar con agujeros negros o estrellas de neutrones.

Esto se debe a que los discos de acreción alrededor de los agujeros negros supermasivos son más grandes. También son más luminosos, pero su energía se distribuye en un área mayor: todo es más grande alrededor de un agujero negro supermasivo. Por lo tanto, el tipo típico de radiación emitida por un disco de acreción de un agujero negro supermasivo es ultravioleta, que contiene menos energía que los rayos X emitidos por los discos de acreción de sistemas binarios estelares.

Dado que la luz ultravioleta interactúa con la materia mucho más fácilmente que los rayos X, Chris y sus colegas especulan que esto podría impulsar la materia de manera más eficiente, creando los vientos más rápidos observados en los sistemas de agujeros negros.

De ser así, el descubrimiento promete transformar nuestra comprensión de cómo interactúan la energía y la materia en algunos de los entornos más extremos del Universo, proporcionando una visión más completa de los complejos mecanismos que dan forma a las galaxias e impulsan la evolución cósmica.

“La resolución sin precedentes de XRISM nos permite investigar estos objetos, y muchos más, con mucho mayor detalle, allanando el camino para la próxima generación de telescopios de rayos X de alta resolución como NewAthena ”, afirma Camille Diez, investigadora de la ESA.

Notas para los editores

El artículo «Los vientos multifásicos de una binaria de rayos X super-Eddington son más lentos de lo esperado», de la colaboración XRISM, se publica en Nature https://www.nature.com/articles/s41586-025-09495-w

XRISM (pronunciado krizz-em) fue lanzado el 7 de septiembre de 2023. Se trata de una misión liderada por la Agencia Japonesa de Exploración Aeroespacial (JAXA) en colaboración con la NASA y la ESA. Transporta dos instrumentos: un calorímetro de rayos X llamado Resolve, capaz de medir la energía de fotones individuales de rayos X para producir un espectro con una resolución energética sin precedentes (la capacidad del instrumento para distinguir los colores de los rayos X), y una cámara CCD de rayos X de gran campo de visión llamada Xtend, para obtener imágenes del entorno.

Contacto:

Relaciones con los medios de la ESA

media@esa.int

Publicado en ESA el 17 de septiembre del 2025, enlace publcación.