Conocidas como fuentes de rayos X ultrabrillantes, los emisores son fáciles de detectar cuando se ven desde el frente, pero pueden ocultarse de la vista si están incluso ligeramente alejados de la Tierra.

Es difícil pasar por alto el rayo de una linterna que te apunta directamente. Pero este rayo visto de lado parece mucho más débil. Il en va de même pour certains objets cosmiques : comme une lampe de poche, ils rayonnent principalement dans une direction, et ils ont un aspect radicalement différent selon que le faisceau pointe loin de la Terre (et des télescopes spatiaux à proximité) ou directement vers ella.

Nuevos datos de NasaEl observatorio espacial NuSTAR indica que este fenómeno es cierto para algunos de los emisores de rayos X más importantes del universo local: fuentes de rayos X ultraluminosos o ULX. La mayoría de los objetos cósmicos, incluidas las estrellas, emiten pequeños rayos X, especialmente en el rango de alta energía visto por NuSTAR. Los ULX, por otro lado, son como faros de rayos X que atraviesan la oscuridad. Para ser considerada un ULX, una fuente debe tener un brillo de rayos X aproximadamente un millón de veces más brillante que la salida de luz total del Sol (en todas las longitudes de onda). Los ULX son tan brillantes que pueden verse a millones de años luz de distancia, en otras galaxias.

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

El nuevo estudio muestra que el objeto conocido como SS 433, ubicado en el vía Láctea galaxia, y sólo a unos 20.000 años luz de la Tierra, es un ULX, aunque parece ser unas 1.000 veces más bajo que el umbral mínimo para ser considerado como tal.

Esta debilidad es una sugerencia de perspectiva, según el estudio: los rayos X de alta energía de SS 433 están inicialmente confinados en dos conos de gas que se extienden hacia afuera desde lados opuestos del objeto central. Estos conos son similares a un cuenco espejado que rodea la bombilla de una linterna: rodean la luz de rayos X de SS 433 en un haz estrecho, hasta que escapa y es detectado por NuSTAR. Pero debido a que los conos no apuntan directamente a la Tierra, NuSTAR no puede ver todo el brillo del objeto.

«Durante mucho tiempo sospechamos que algunos ULX emiten luz en columnas estrechas, en lugar de 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 el SS 433 sería considerado como un ULX por un observador frontal. «

Si un ULX relativamente cerca de la Tierra puede ocultar su verdadero brillo debido a su orientación, es probable que haya más ULX, especialmente en otras galaxias, con un disfraz similar. Esto significa que se espera que la población total de ULX sea mucho mayor de lo que los científicos están observando actualmente.

cono de oscuridad

Se han encontrado alrededor de 500 ULX en otras galaxias, y su distancia de la Tierra significa que a menudo es casi imposible saber qué tipo de objeto genera la emisión de rayos X. Los rayos X probablemente provienen de un área grande. calentado a temperaturas extremas porque es atraído por la gravedad de un objeto muy denso. Este objeto puede ser un estrella neutrón (los restos de una estrella colapsada) o una pequeña agujero negro, uno que no es más de unas 30 veces la masa de nuestro Sol. El gas forma un disco alrededor del objeto, como agua rodeando un desagüe. La fricción en el disco aumenta la temperatura, 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 objeto central, más brillantes son los rayos X.

Los astrónomos sospechan que el objeto en el corazón de SS 433 es un agujero negro de aproximadamente 10 veces la masa de nuestro Sol. Lo que es seguro es que canibaliza una gran estrella cercana, su gravedad extrae la materia a un ritmo rápido: en un solo año, el SS 433 roba el equivalente a unas 30 veces la masa de la Tierra. A su vecino, lo que lo convierte en el el agujero negro más codicioso o la estrella de neutrones conocida en nuestra galaxia.

El objeto cósmico SS 433 contiene una fuente de luz de rayos X rodeada por dos hemisferios de gas caliente. SS 433 se inclina periódicamente, apuntando un haz de rayos X a la Tierra.
Crédito: NASA / JPL-Caltech

«Se sabe desde hace mucho tiempo que esta cosa come a un ritmo fenomenal», dijo Middleton. «Esto es lo que distingue a ULX de otros objetos, y probablemente sea la causa principal de las abundantes cantidades de rayos X que vemos en ellos».

El objeto en SS 433 tiene ojos más grandes que su vientre: roba más material del que puede consumir. Parte del material sobrante se expulsa del disco y forma dos hemisferios en lados opuestos del disco. Dentro de cada uno hay un vacío en forma de cono que se abre al espacio. Estos son los conos que recogen la luz de los rayos X de alta energía en un rayo. Cualquiera que mire directamente a uno de los conos verá un ULX obvio. Aunque están compuestos solo de gas, los conos son tan gruesos y masivos que actúan como paneles de plomo en una sala de detección de rayos X y evitan que los rayos X los atraviesen hacia un lado.

Los científicos sospecharon que algunos ULX podrían estar ocultos por esta razón. SS 433 brindó una oportunidad única para probar esta idea porque, como una peonza, se tambalea sobre su eje, un proceso que los astrónomos llaman precesión.

Ilustración de la nave espacial NuSTAR, que tiene un mástil de 10 metros (30 pies) que separa los módulos ópticos (derecha) de los detectores en el plano focal (izquierda). Esta separación es necesaria para el método utilizado para detectar rayos X. Crédito: NASA / JPL-Caltech

La mayor parte del tiempo, los dos conos de SS 433 apuntan lejos de la Tierra. Pero debido a la forma en que SS 433 precede, un cono se inclina periódicamente ligeramente hacia la Tierra, por lo que los científicos pueden ver algo de luz de rayos X que sale de la parte superior del cono. En el nuevo estudio, los científicos observaron cómo cambian los rayos X que ve NuSTAR a medida que se mueve el SS 433. Muestran que si el cono continuara inclinándose hacia la Tierra para que los científicos pudieran mirarlo directamente, verían suficientes rayos X para llamar oficialmente a SS 433 un ULX.

Los agujeros negros que se alimentan a velocidades extremas han dado forma a la historia de nuestro universo. Los agujeros negros supermasivos, que tienen de millones a miles de millones de veces la masa del Sol, pueden afectar profundamente a su galaxia anfitriona cuando se alimentan. Al principio de la historia del universo, algunos de estos agujeros negros masivos pueden haberse alimentado tan rápido como SS 433, liberando enormes cantidades de radiación que remodelaron los entornos locales. Los flujos (como los conos en SS 433) redistribuyeron la materia que eventualmente podría formar estrellas y otros objetos.

Pero debido a que estos gigantes de rápido consumo residen en galaxias increíblemente distantes (la que está en el corazón de la Vía Láctea actualmente no come mucho), siguen siendo difíciles de estudiar. Con SS 433, los científicos han encontrado un ejemplo en miniatura de este proceso, mucho más cercano a casa y mucho más fácil de estudiar, y NuSTAR ha proporcionado nueva información sobre la actividad que tiene lugar allí.

“Cuando lanzamos NuSTAR, no pensé que nadie esperaba que ULX fuera un área de investigación tan rica para nosotros”, dijo Fiona Harrison, Investigadora Principal de NuSTAR y Profesora de Física en Caltech 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 eso nos da una idea de los procesos extremos que deben impulsarlos».

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, FA 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 información sobre la misión

NuSTAR es una misión Small Explorer dirigida por Caltech y administrada por el Laboratorio de Propulsión a Chorro de la NASA, una división de Caltech, 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 Dulles, Virginia (ahora parte de Northrop Grumman). El Centro de Operaciones de la Misión NuSTAR está ubicado en Universidad de California, Berkeley, y el archivo de datos oficial se encuentra en el Centro de Investigación de Archivos Científicos de Astrofísica de Alta Energía de la NASA. ASI proporciona la estación terrestre de la misión y un archivo espejo.