“Ecos de luz” prueban que esta estrella de neutrones se parece a un agujero negro

Entre los arco iris, anillos y afiladas líneas duras, es difícil no aplaudir con regocijo al descubrir los niveles de cosas impresionantes hacinados en esta imagen rayos X de Circinus X-1. Los hermosos ecos de luz de “Ojo de buey” (Bullseye) sugieren que esta estrella de neutrones está más lejos, es más brillante y es más como un agujero negro de lo que se pensaba.

En esta imagen de Circinus X-1 en la constelación Circinus el enfoque principal son los datos del Observatorio de rayos X Chandra reasignados en una escala de color para ser visibles para nuestros ojos, con datos del estudio óptico del cielo proporcionando capas de estrellas para el contexto. El objetivo es un doble sistema de una estrella de neutrones y una estrella compañera masiva cubiertas con el gas y el polvo. Que la estrella de neutrones se las haya arreglado para aferrarse a su compañera después de la violenta explosión de la supernova que produjo la ráfaga de polvo y suciedad que la rodea es sólo la primera de muchas cosas extrañas sobre Circinus X-1.

El espacio no viene con distancias claramente marcadas para que nosotros podamos establecer dónde están las estrellas exactamente, pero de vez en cuando tenemos suerte en la lucha contra este problema que es muy difícil. Cuando la estrella de neutrones en Circinus X-1 latía con una llamarada particularmente brillante, produjo toda una serie de ecos de luz, un análogo electromagnético para ecos de sonido con la luz rebotando a través de nubes de polvo y gas en lugar de fuera de paredes duras. Cada anillo es un eco de luz de la estrella original, rebotando una nube intervenida.

Los ecos de luz de radio marcan la distancia de la Tierra a cada nube, mientras que los datos de rayos X marcaron por debajo de la distancia de las nubes al sistema estelar binario.

Los “Ecos de luz” demuestran que esta estrella de neutrones es extrañamente como un agujero negro.

Cuanto más cerca esté un anillo de nosotros, más grande parecerá. El anillo más externo (A) es luz rebotando alrededor de una nube a 41 años luz de distancia de la Tierra, seguido de nubes a 49 años luz (anillo B), 55 años luz (anillo C), y 52 años luz (anillo D) de distancia.

Mediante el análisis de los ecos, la comparación de las observaciones del telescopio de radio Mopra de antes y después del pulso, y haciendo un poco de complicada los astrónomos determinaron que Circinus X-1 está a 30,700 años luz de la Tierra. Esto anula la investigación anterior que colocaba al sistema en una gama mucho menos útil de 13.000 a 41.000 años luz de distancia.

Esta danza matemática requierió de acceso a los datos de radio. El radiotelescopio Mopra en Australia no fue asignado específicamente para monitorear a Circinus X-1. En su lugar, estaba mapeando distribuciones de gas de monóxido de carbono en el plano de la galaxia, como lo había estado haciendo desde hace varios años.

Las barras vacías que se ven a través de la imagen son visualmente interesantes, sin embargo, son la parte científicamente menos interesante de esta imagen. La medición de las distancias requiere detectar detalles finos en señales débiles, una hazaña que sólo es posible con Chandra. Por desgracia, el intercambio por esta sensibilidad es un campo de visión limitado. El objetivo real es una gloriosa citología completa, pero los anillos son mucho más grandes que el campo de visión de los detectores del observatorio y quedan recortadas sólo con cobertura parcial. Esto lleva a un dilema interesante: la nube más densa de monóxido de carbono estaba tan cerca que el anillo que era demasiado grande para ver! La única indicación de la presencia de la nube es comer los rayos X de los anillos detrás, sólo lo suficiente para lanzar un nuevo reto a los astrofísicos de tratar de visualizar el anillo más grande y más brillante.

Aprender la distancia a esta estrella de neutrones por sus ecos abre todo tipo de nuevos enigmas astrofísicos. El objeto en Circinus X-1 es claramente una estrella de neutrones: no tiene horizonte de sucesos (o el equivalente más difuso), y a diferencia de un agujero negro tiene una superficie, pero también extrañamente es como un agujero negro.

Es dos veces más lejos de lo que pensamos que estaba, lo que significa que es mucho más brillante. Eso empuja con frecuencia al sistema sobre el límite de Eddington, el umbral para ser lo suficientemente brillante que la radiación ejerce más presión hacia fuera de la que la gravedad ejerce al tirar el gas y polvo de nuevo, un rasgo más común de los agujeros negros que de una estrella de neutrones y que lleva al parpadeo inesperado conforme el suministro de gas sigue siendo desbordado.

También está construyendo algo que bien podemos llamar un disco de acreción, extrayendo material de su estrella compañera para alimentar a sus potentes chorros.

Aún más confuso es que los chorros son ridículamente de alta energía con partículas expulsadas a velocidades extremas, alcanzando al menos el 99,9% de la velocidad de la luz. Eso es tremendamente rápido, incluso para un agujero negro, y algo inaudito para una estrella de neutrones.

Todavía estamos aprendiendo sobre los chorros: la estrella puede producir un solo chorro grande, o puede estar produciendo un de par de chorros altamente colimados que se bambolean conforme la estrella se procesa. Puede tener chorros contrarios en el polo opuesto, pero la evidencia no es del todo clara. Y debido al parpadeo loco producido por ahogar de vez en cuando su propio suministro de gas con solo pasar tan cerca del límite de Eddington, absolutamente nada acerca de la estrella es confiablemente estable. El estallido particular que desencadenó estos ecos intrigantes se detectó por primera vez a finales de 2013, llegando en un lapso de tres meses.

Se piensa que Circinus X-1 es el sistema binario más joven que produce rayos X y que se convirtió en una fuente de rayos X hace alrededor de 2,500 años. Esto hace que la localización de su ubicación tridimensional en el espacio sea aún más interesante, ya que ahora tenemos que revisar el proceso de envejecimiento de las estrellas de neutrones (y si su inmadurez explica alguno de sus comportamientos inusuales).

Vía Earth and Space