Estos objetos son más de 100 veces más brillantes de lo que deberían ser. Las observaciones del telescopio de rayos X NuSTAR de la agencia respaldan una posible solución a este rompecabezas.
Los objetos cósmicos exóticos conocidos como fuentes de rayos X ultraluminosos producen alrededor de 10 millones de veces más energía que el Sol. Son tan radiantes, de hecho, que parecen sobrepasar un límite físico llamado límite de Eddington, que limita el brillo de un objeto en función de su masa. Las fuentes de rayos X ultraluminosas (ULX, para abreviar) exceden regularmente este límite entre 100 y 500 veces, lo que deja a los científicos desconcertados.
En un estudio reciente publicado en The Astrophysical Journal, los investigadores informan sobre la primera medición de su tipo de un ULX tomada con el Conjunto de telescopios espectroscópicos nucleares (NuSTAR) de la NASA. El hallazgo confirma que estos emisores de luz son tan brillantes como parecen y que superan el límite de Eddington. Una hipótesis sugiere que este brillo que rompe los límites se debe a los fuertes campos magnéticos del ULX. Pero los científicos pueden probar esta idea solo a través de observaciones: hasta miles de millones de veces más poderosos que los imanes más fuertes jamás fabricados en la Tierra, los campos magnéticos ULX no se pueden reproducir en un laboratorio.
Rompiendo el limite
Las partículas de luz, llamadas fotones, ejercen un pequeño empujón sobre los objetos que encuentran. Si un objeto cósmico como un ULX emite suficiente luz por pie cuadrado, el empuje hacia afuera de los fotones puede superar el tirón hacia adentro de la gravedad del objeto. Cuando esto sucede, un objeto ha alcanzado el límite de Eddington y, en teoría, la luz del objeto empujará cualquier gas u otro material que caiga hacia él.
Ese cambio, cuando la luz supera a la gravedad, es significativo, porque el material que cae sobre un ULX es la fuente de su brillo. Esto es algo que los científicos observan con frecuencia en los agujeros negros: cuando su fuerte gravedad atrae el gas y el polvo perdidos, esos materiales pueden calentarse e irradiar luz. Los científicos solían pensar que los ULX debían ser agujeros negros rodeados de brillantes cofres de gas. Pero en 2014, los datos de NuSTAR revelaron que un ULX con el nombre de M82 X-2 es en realidad un objeto menos masivo llamado estrella de neutrones. Al igual que los agujeros negros, las estrellas de neutrones se forman cuando una estrella muere y colapsa, empaquetando más que la masa de nuestro Sol en un área no mucho más grande que una ciudad de tamaño medio.
Esta increíble densidad también crea una atracción gravitacional en la superficie de la estrella de neutrones aproximadamente 100 billones de veces más fuerte que la atracción gravitatoria en la superficie de la Tierra. El gas y otros materiales arrastrados por esa gravedad se aceleran a millones de millas por hora, liberando una tremenda energía cuando golpean la superficie de la estrella de neutrones. (Un malvavisco que cae sobre la superficie de una estrella de neutrones la golpearía con la energía de mil bombas de hidrógeno). Esto produce la luz de rayos X de alta energía que detecta NuSTAR.
El estudio reciente apuntó al mismo ULX en el corazón del descubrimiento de 2014 y encontró que, como un parásito cósmico, M82 X-2 está robando alrededor de 9 billones de billones de toneladas de material por año de una estrella vecina, o alrededor de 1 1/2 veces la masa de la Tierra. Conociendo la cantidad de material que golpea la superficie de la estrella de neutrones, los científicos pueden estimar qué tan brillante debería ser la ULX y sus cálculos coinciden con las mediciones independientes de su brillo. El trabajo confirmó que M82 X-2 supera el límite de Eddington.
No son ilusiones
Si los científicos pueden confirmar el brillo de más ULX, pueden confirmar una hipótesis persistente que explicaría el brillo aparente de estos objetos sin que los ULX tengan que exceder el límite de Eddington. Esa hipótesis, basada en observaciones de otros objetos cósmicos, postula que los fuertes vientos forman un cono hueco alrededor de la fuente de luz, concentrando la mayor parte de la emisión en una dirección. Si apunta directamente a la Tierra, el cono podría crear una especie de ilusión óptica, haciendo que parezca falsamente como si el ULX estuviera excediendo el límite de brillo.
Incluso si ese es el caso de algunos ULX, una hipótesis alternativa respaldada por el nuevo estudio sugiere que los fuertes campos magnéticos distorsionan los átomos aproximadamente esféricos en formas alargadas y fibrosas. Esto reduciría la capacidad de los fotones para alejar los átomos y, en última instancia, aumentaría el brillo máximo posible de un objeto.
“Estas observaciones nos permiten ver los efectos de estos campos magnéticos increíblemente fuertes que nunca podríamos reproducir en la Tierra con la tecnología actual”, dijo Matteo Bachetti, astrofísico del Observatorio de Cagliari del Instituto Nacional de Astrofísica en Italia y autor principal del estudio reciente. . “Esta es la belleza de la astronomía. Al observar el cielo, ampliamos nuestra capacidad para investigar cómo funciona el universo. Por otro lado, no podemos realmente configurar experimentos para obtener respuestas rápidas; tenemos que esperar a que el universo nos muestre sus secretos”.
Más sobre la misión
Una misión Small Explorer dirigida por Caltech y administrada por el Laboratorio de Propulsión a Chorro de la NASA en el sur de California para la Dirección de Misiones Científicas de la agencia 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 se encuentra en la Universidad de California, Berkeley, y el archivo de datos oficial se encuentra en el Centro de Investigación del Archivo de Ciencias de Astrofísica de Alta Energía de la NASA en el Centro de Vuelo Espacial Goddard de la NASA. ASI proporciona la estación terrestre de la misión y un archivo de datos espejo. Caltech administra JPL para la NASA.
Para obtener más información sobre la misión NuSTAR, visita https://www.nustar.caltech.edu/
Traducción no oficial del artículo original en Inglés.
Créditos: NASA / JPL-Caltech