Ver algunos emisores de rayos X cósmicos puede ser una cuestión de perspectiva

Esta ilustración muestra SS 433, un agujero negro o estrella de neutrones, mientras extrae material de su estrella compañera. La materia estelar forma un disco alrededor de SS 433, y parte del material se expulsa al espacio como dos chorros delgados (rosados) que viajan en direcciones opuestas alejándose de SS 433. Crédito: DESY / Science Communication Lab

Conocidas como fuentes de rayos X ultrabrillantes, los emisores son fáciles de detectar cuando se los mira directamente, pero pueden estar ocultos a la vista si apuntan ligeramente lejos de la Tierra.

Es difícil pasar por alto el haz de una linterna que te apunta directamente. Pero este rayo visto de lado parece notablemente débil. Lo mismo ocurre con algunos objetos cósmicos: como una linterna, esencialmente brillan en una dirección y se ven dramáticamente diferentes dependiendo de si el rayo se aleja de la Tierra (y los telescopios espaciales cercanos) o directamente hacia ella.

nuevos datos de NASAEl observatorio espacial NuSTAR señala que este fenómeno se aplica a algunos de los emisores de rayos X más destacados del universo local: las fuentes de rayos X ultrabrillantes (ULX). La mayoría de los objetos cósmicos, incluidas las estrellas, emiten muy poca luz de rayos X, especialmente en la banda de alta energía vista por NuSTAR. Por el contrario, los ULX son como balizas de rayos X que atraviesan la oscuridad. Para ser considerada ULX, una fuente debe tener una luminosidad de rayos X que sea un millón de veces más brillante que la salida total de luz solar (en todas las longitudes de onda). Los ULX son extremadamente brillantes y se pueden ver a millones de años luz de distancia, en otras galaxias.

Esta animación muestra cómo SS 433, que tiene una fuente de luz incandescente rodeada por dos estructuras en forma de cuenco, se inclina hacia adelante y hacia atrás en su órbita. Al igual que con la linterna, la luz de la SS 433 parece más oscura cuando se ve de lado. Crédito: NASA / JPL-Caltech

El nuevo estudio muestra que el objeto Conocido como SS 433, situado en vía Láctea La galaxia, a solo 20.000 años luz de la Tierra, es ULX, aunque parece ser unas 1.000 veces más oscura que el mínimo que se consideraría uno.

Esta debilidad es un truco de perspectiva, según el estudio: los rayos X de alta energía del SS 433 quedan atrapados inicialmente dentro de dos conos de gas que se extienden hacia afuera desde lados opuestos del cuerpo central. Estos conos son como un cuenco reflectante que rodea una linterna: atrapan la luz de rayos X del SS 433 en un haz estrecho, hasta que escapa y es detectado por Neustar. Pero debido a que los conos no apuntan directamente a la Tierra, Neustar no puede ver todo el brillo del objeto.

«Durante mucho tiempo sospechamos que algunos ULX emiten luz en penachos estrechos, no 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 mostrando que SS 433 calificaría como ULX para un observador cara a cara».

Si un ULX que está relativamente cerca de la Tierra pudiera enmascarar su verdadero brillo debido a cómo está orientado, probablemente habría más ULX, particularmente en otras galaxias, disfrazados de manera similar. Esto significa que la población total de ULX debe ser mucho mayor de lo que los científicos observan actualmente.

cono oscuro

Se han encontrado alrededor de 500 ULX en otras galaxias, y su distancia de la Tierra significa que a menudo es casi imposible determinar qué tipo de objeto está generando la emisión de rayos X. Es probable que los rayos X se produzcan al calentar una gran cantidad de gas a temperaturas extremas a medida que es arrastrado por la gravedad de un objeto muy denso. Este objeto puede ser un estrella neutrón (Remanente de una estrella colapsada) o pequeña Calabozo, una masa de no más de 30 veces la masa de nuestro Sol. El gas forma un disco alrededor del cuerpo, como el agua que circula por un desagüe. La fricción en el disco hace que la temperatura aumente, 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 cuerpo central, más brillantes son los rayos X.

Los astrónomos creen que el objeto en el núcleo de SS 433 es un agujero negro con una masa aproximadamente 10 veces la masa de nuestro Sol. Lo que se sabe con certeza es que se está comiendo una gran estrella cercana, y su gravedad está tirando material a un ritmo rápido: en un 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 avaro. El agujero negro o estrella de neutrones conocida en nuestra galaxia.

El objeto cósmico SS 433 contiene una fuente brillante de luz de rayos X rodeada por dos mitades de gas caliente. SS 433 se inclina periódicamente, lo que hace que un solo haz de rayos X se dirija hacia la Tierra.
Crédito: NASA / JPL-Caltech

«Se sabe desde hace mucho tiempo que esta cosa está comiendo a un ritmo exponencial», 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 ser del SS 433 tiene los ojos más grandes que el estómago: roba más materiales de los que puede consumir. Parte del material sobrante se expulsa del disco y se forman dos hemisferios a cada lado del disco. Dentro de cada uno hay un vacío en forma de cono que se abre al espacio. Estos son conos que recogen luz de rayos X de alta energía en un haz. Cualquiera que mire directamente a la parte inferior de uno de los conos verá un ULX transparente. Aunque solo consisten en gas, los conos son tan gruesos y voluminosos que actúan como placas de plomo en una cámara de examen de rayos X y evitan que los rayos X los atraviesen hacia un lado.

Los científicos sospechan que algunos de los ULX pueden estar ocultos a la vista por esta razón. SS 433 brindó una oportunidad única para probar esta idea porque, al igual que la parte superior, oscila alrededor de su eje, un proceso que los astrónomos llaman proactivo.

Ilustración de la nave espacial Neustar, la de 30 pies (10 m) de largo que separa las unidades ópticas (derecha) de los detectores en el plano focal (izquierda). Esta separación es necesaria para el método utilizado para la detección de rayos X. Crédito: NASA / JPL-Caltech

La mayoría de las veces, ambos conos SS 433 apuntan demasiado lejos del suelo. Pero debido a la forma en que avanza SS 433, uno de los conos se inclina periódicamente ligeramente hacia la Tierra, por lo que los científicos pueden ver un poco de luz de rayos X que emerge de la parte superior del cono. En el nuevo estudio, los científicos observaron cómo cambiaban los rayos X vistos por Neustar a medida que se movía SS 433. Demostraron que si el cono seguía inclinándose hacia la Tierra para que los científicos pudieran mirar hacia abajo, verían suficiente luz de rayos X para contactar formalmente SS 433 a ULX.

Los agujeros negros que se alimentan a velocidades extremas han dado forma a la historia del universo. Los agujeros negros supermasivos, con una masa de millones a miles de millones de veces la masa del Sol, pueden afectar profundamente a su galaxia anfitriona mientras se alimentan. Al principio de la historia del universo, algunos de estos agujeros negros supermasivos probablemente se alimentaron de SS 433, liberando cantidades masivas de radiación que remodelaron los entornos locales. Los flujos de salida (como los conos en SS 433) redistribuyeron la materia que eventualmente podría formar estrellas y otras cosas.

Pero debido a que estos gigantes de rápido consumo se encuentran en galaxias increíblemente distantes (las del corazón de la Vía Láctea no comen mucho en este momento), todavía son difíciles de estudiar. Con SS 433, los científicos han encontrado un microcosmos de este proceso, mucho más cercano a casa y mucho más fácil de estudiar, y NuSTAR ha proporcionado nuevos conocimientos sobre la actividad que tiene lugar allí.

«Cuando lanzamos NuSTAR, no creo que nadie esperaba que los ULX fueran un área de investigación tan rica para nosotros», dijo Fiona Harrison, investigadora principal de NuSTAR y profesora de física en el Instituto de Tecnología de California en Pasadena, California. . «Pero NuSTAR es único en el sentido de que puede ver casi la gama completa de longitudes de onda de rayos X emitidas por estos objetos, y esto nos da una idea de los procesos extremos que deben conducirse».

Referencia: «NuSTAR revela la naturaleza oculta de SS433» Por MJ Middleton, DJ Walton, W Alston, T Dauser, S Eikenberry, YF Jiang, AC Fabian, F Fuerst, M Brightman, H Marshall, M Parker, C Pinto, F.A. Harrison , M Bachetti, D Altamirano, AJ Bird, G Perez, J Miller-Jones, P Charles, S Boggs, F Christensen, W Craig, K Forster, B Grefenstette, C Hailey, K Madsen, D Stern y W Zhang, 6 de mayo 2021, Avisos mensuales de la Royal Astronomical Society.
DOI: 10.1093 / mnras / stab1280

Más sobre la misión

NuSTAR es una pequeña misión de exploración dirigida por el Instituto de Tecnología de California y operada por el Laboratorio de Propulsión a Chorro de la NASA, una división del Instituto de Tecnología de California, 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 Dallas, Virginia (ahora parte de Northrop Grumman). El centro de operaciones de la misión NuSTAR está ubicado en Universidad de California, Berkeley, el archivo de datos oficial se encuentra en el Centro de Investigación del Archivo de Ciencias Astrofísicas de Alta Energía de la NASA. ASI proporciona la estación terrestre de la misión y un archivo reflejado.