Los estallidos de azul brillante y verde en esta imagen de la galaxia Fireworks (NGC 6946) muestran las ubicaciones de fuentes extremadamente brillantes de luz de rayos X capturadas por el observatorio espacial NuSTAR de la NASA. Generadas por algunos de los procesos más energéticos del universo, estas fuentes de rayos X son raras en comparación con las muchas fuentes de luz visibles en la imagen de fondo. Un nuevo estudio, publicado en el Astrophysical Journal , ofrece algunas posibles explicaciones para la aparición sorpresa de la fuente verde cerca del centro de la galaxia, que apareció y desapareció en cuestión de semanas.
El objetivo principal de las observaciones de NuSTAR era estudiar la supernova (la explosión de una estrella mucho más masiva que nuestro Sol) que aparece como un punto azul verdoso brillante en la esquina superior derecha. Estos eventos violentos pueden producir brevemente suficiente luz visible para eclipsar galaxias enteras que consisten en miles de millones de estrellas. También generan muchos de los elementos químicos en nuestro universo que son más pesados que el hierro.
La gota verde cerca del fondo de la galaxia no era visible durante la primera observación de NuSTAR, pero estaba ardiendo al comienzo de una segunda observación 10 días después. El Observatorio de rayos X Chandra de la NASA luego observó que la fuente, conocida como fuente de rayos X ultraluminosos, o ULX, había desaparecido con la misma rapidez. Desde entonces, el objeto ha sido nombrado ULX-4 porque es el cuarto ULX identificado en esta galaxia. No se detectó luz visible con la fuente de rayos X, un hecho que probablemente descarte la posibilidad de que también sea una supernova.
“Diez días es un tiempo realmente corto para que aparezca un objeto tan brillante”, dijo Hannah Earnshaw, investigadora postdoctoral en Caltech en Pasadena, California, y autora principal del nuevo estudio. “Por lo general, con NuSTAR, observamos cambios más graduales a lo largo del tiempo, y no solemos observar una fuente varias veces en rápida sucesión. En este caso, tuvimos la suerte de ver que una fuente cambiaba extremadamente rápido, lo cual es muy emocionante”.
Posible agujero negro
El nuevo estudio explora la posibilidad de que la luz provenga de un agujero negro que consume otro objeto, como una estrella. Si un objeto se acerca demasiado a un agujero negro, la gravedad puede separarlo, llevando los escombros a una órbita cercana alrededor del agujero negro. El material en el borde interno de este disco recién formado comienza a moverse tan rápido que se calienta hasta millones de grados e irradia rayos X. (La superficie del Sol, en comparación, es de aproximadamente 10,000 grados Fahrenheit, o 5,500 grados Celsius).
La mayoría de los ULX suelen ser de larga duración porque son creados por un objeto denso, como un agujero negro, que “se alimenta” de la estrella durante un período prolongado de tiempo. Las fuentes de rayos X de corta duración o “transitorias”, como ULX-4, son mucho más raras, por lo que un solo evento dramático, como un agujero negro que destruye rápidamente una pequeña estrella, podría explicar la observación.
Sin embargo, ULX-4 podría no ser un evento único, y los autores del artículo exploraron otras posibles explicaciones para este objeto. Una posibilidad: la fuente de ULX-4 podría ser una estrella de neutrones. Las estrellas de neutrones son objetos extremadamente densos formados por la explosión de una estrella que no fue lo suficientemente masiva como para formar un agujero negro. Con aproximadamente la misma masa que nuestro Sol pero empaquetada en un objeto del tamaño de una gran ciudad, las estrellas de neutrones pueden, como los agujeros negros, atraer material y crear un disco de escombros que se mueve rápidamente. Estos también pueden generar fuentes de rayos X ultraluminosos de alimentación lenta, aunque la luz de rayos X se produce a través de procesos ligeramente diferentes que en los ULX creados por agujeros negros.
Las estrellas de neutrones generan campos magnéticos tan fuertes que pueden crear “columnas” que canalizan el material hacia la superficie, generando poderosos rayos X en el proceso. Pero si la estrella de neutrones gira especialmente rápido, esos campos magnéticos pueden crear una barrera, haciendo imposible que el material alcance la superficie de la estrella.
“Sería como intentar saltar a un carrusel que gira a miles de kilómetros por hora”, dijo Earnshaw.
El efecto de barrera evitaría que la estrella sea una fuente brillante de rayos X, excepto en aquellos momentos en que la barrera magnética podría tambalearse brevemente, permitiendo que el material se deslice y caiga sobre la superficie de la estrella de neutrones. Esta podría ser otra posible explicación para la repentina aparición y desaparición de ULX-4. Si la misma fuente volviera a encenderse, podría respaldar esta hipótesis.
“Este resultado es un paso hacia la comprensión de algunos de los casos más raros y más extremos en los que la materia se acumula en los agujeros negros o las estrellas de neutrones”, dijo Earnshaw.
NuSTAR es una misión Small Explorer dirigida por Caltech y administrada por JPL para la Dirección de Misiones Científicas de la NASA en Washington. NuSTAR se desarrolló en asociación con la Universidad Técnica Danesa y la Agencia Espacial Italiana (ASI). La nave espacial fue construida por Orbital Sciences Corp. en Dulles, Virginia. El centro de operaciones de la misión de NuSTAR está en la Universidad de California Berkeley, y el archivo de datos oficial está 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 espejo. Caltech gestiona JPL para la NASA.
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