Los astrónomos han usado una nave espacial de rayos X llamada xrismo para observar vientos poderosos que soplan de una estrella de neutrones: los hallazgos podrían ser un “cambio de juego” para la física.
El equipo descubrió diferencias inesperadas entre vientos poderosos y enérgicos que soplan de los discos de gas y polvo, llamados discos de acreción, alrededor de “estrellas muertas” extremas, o estrellas de neutronesy vientos que fluyen de discos de acreción que alimentan agujeros negros supermasivos en los corazones de grandes galaxias.
El descubrimiento podría revelar más sobre la física que rodea la entrada de la materia de discos de acumulación a las superficies de las estrellas de neutrones y agujeros negros supermasivosasí como la salida de vientos de estos discos. Comprender tal dinámica podría, a su vez, revelar cómo estos vientos influyen en el entorno cósmico de los agujeros negros supermasivos.
The team discovered the surprising differences between supermassive black hole and neutron star accretion disks when they used the NASA/JAXA spacecraft XRISM (X-Ray Imaging and Spectroscopy Mission) to observe powerful winds flowing from accretion disk GX13+1, located between 23,000 and 26,000 light-years from Earth in the galactic bulge of the vía LácteaEl poder de observación del instrumento de resolución de Xrism permitió al equipo medir la energía de la luz de rayos X emitida por GX13+1 y reunir detalles sobre su sistema que nunca antes se había visto.
“Cuando vimos por primera vez la riqueza de los detalles en los datos, sentimos que estábamos presenciando un resultado que cambió el juego”, dijo el científico del Proyecto de Xrismo Europeo (ESA), el científico del Proyecto Matteo Guainazzi en un comunicado. “Para muchos de nosotros, fue la realización de un sueño que habíamos perseguido durante décadas”.
Vientos de cambio cósmicos
Puede parecer extraño investigar vientos de agujeros negros supermasivos estudiando el viento que sopla desde una estrella de neutrones, pero el equipo detrás de esta investigación razonó que los mecanismos detrás de estas salidas diferentes son similares. Además, el agujero negro supermasivo más cercano para nosotros, la Vía Láctea Sagitario a* (SGR A*), no se alimenta activamente porque no está rodeada de suficiente materia para formar un disco de acreción.
GX13+1 es más cercano y brillante que los agujeros negros supermasivos de alimentación en otras galaxias que podrían usarse para este tipo de investigación, lo que le permite estudiar con mayor detalle.
Sin embargo, antes de que las observaciones de GX13+1 pudieran comenzar, esta estrella de neutrones dio una sorpresa al equipo, iluminando tanto que los investigadores lo teorizaron pueden haber alcanzado o incluso exceder el Límite de Eddington.
Este límite teórico se refiere a la cantidad de materia que se puede acumular a un cuerpo compacto como una estrella de neutrones o un agujero negro. Cuanto más se acumuló la materia, más energía emitió y, por lo tanto, más presión externa se ejerció sobre el material infalible. Cuando se alcanza el límite de Eddington, la presión externa de esta energía es tan grande que se corta el suministro de material al cuerpo celestial compacto, y el material circundante se aleja como vientos cósmicos.
A través de la resolución, el equipo observó cómo GX13+1 golpeó este techo.
“No podríamos haber programado esto si lo hubiéramos intentado”, dijo el líder del equipo Chris de la Universidad de Durham en el Reino Unido. “El sistema pasó de aproximadamente la mitad de su salida de radiación máxima a algo mucho más intenso, creando un viento que era más grueso de lo que habíamos visto antes”.
Sin embargo, este no fue el final de las sorpresas entregadas por este viento. No era viajar a la velocidad que el equipo esperaba. Los vientos cósmicos producidos en o alrededor del límite de Eddington pueden fluir tan rápido como 124 millones de millas por hora e incluso hasta aproximadamente el 30% del Velocidad de la luz.
Sin embargo, el viento que fluía de GX13+1 viajaba a 620,000 mph relativamente tranquilos. Decimos relativamente porque todavía es alrededor de 800 veces más rápido que la velocidad del sonido en la Tierra. Sin embargo, lo que carecía del viento a la velocidad, lo compensó con su densidad. Sin embargo, a diferencia de los vientos vistos que soplan desde agujeros negros supermasivos cerca del límite de Eddington, que son gruesos, el viento de GX13+1 fluyó suavemente.
“Todavía es una sorpresa para mí cómo ‘lento’ es este viento, así como lo grueso que es. Es como mirar el sol a través de un banco de niebla rodando hacia nosotros. Todo va más atenuación cuando la niebla es gruesa”, agregó Done. “Los vientos eran completamente diferentes, pero son de sistemas que son casi iguales en términos del límite de Eddington.
“Entonces, si estos vientos realmente se alimentan de la presión de radiación, ¿por qué son diferentes?”
Actualmente, Lone y sus colegas piensan que estas diferencias pueden ser el resultado de las variaciones de temperatura entre los discos de acumulación alrededor de las estrellas de neutrones como la que observaron y los que rodean los agujeros negros supermasivos.
Los discos de acumulación alrededor de agujeros negros supermasivos son más grandes y brillantes que los que están alrededor de estrellas de neutrones, lo que significa que su energía se dispersa sobre un área más grande. Esto significa que la luz emitida a partir de estos discos de acreción más grandes se encuentra en la región ultravioleta del espectro electromagnético, mientras que el radiación electromagnética De los discos alrededor de las estrellas de neutrones está en forma de radiografías, que tienen más energía.
La luz ultravioleta interactúa con la materia más fácilmente que las radiografías, por lo que el equipo teoriza que la radiación de los discos de acumulación de agujeros negros supermasivos puede impulsar la materia más efectivamente, lo que lleva a vientos más rápidos.
Por lo tanto, esta investigación podría remodelar nuestra comprensión de cómo la radiación y la materia interactúan en torno a algunos de los objetos acumuladores más extremos del universo, y cómo ofrecen energía a su entorno más amplio, influyendo en las galaxias evolucionadas. Los hallazgos del equipo también podrían ayudar a guiar los futuros telescopios espaciales como Newathena, una misión de la ESA que se lanzará en 2037 y diseñada para ser el observatorio de rayos X más grande jamás construido.
“La resolución sin precedentes del xrismo nos permite investigar estos objetos, y muchos más, con mucho mayor detalle, allanando el camino para el telescopio de rayos X de alta resolución de próxima generación, como Newathena“, Dijo el compañero de investigación de la ESA, Camille Diez, en el comunicado.
La investigación del equipo se publicó el miércoles (17 de septiembre) en la revista Naturaleza.