17 de agosto de 2010
NASA/ GSFC
Astrónomos utilizando el Rossi Timing Explorer de Rayos X (RXTE) de la NASA han encontrado el primer púlsar rápido de rayos X siendo eclipsado por su estrella compañera. Estudios adicionales de este exclusivo sistema estelar arrojarán luz sobre la materia más comprimida del Universo y probarán una predicción clave de la teoría de la relatividad de Einstein.
El púlsar es una estrella de neutrones que gira rápidamente; el núcleo triturado de una estrella masiva que explotó hace mucho tiempo como una supernova. Las estrellas de neutrones empaqueta más que la masa del Sol en una bola casi 60.000 veces menor. Con tamaños estimados entre 10 y 15 kilómetros, una estrella de neutrones sólo podría abarcar Manhattan o el distrito de Columbia.
“Es difícil establecer las masas precisas de las estrellas de neutrones, especialmente hacia el límite máximo del rango de masa que la teoría predice”, dijo Craig Markwardt en el Centro de Vuelo Espacial Goddard de la NASA en Greenbelt, Maryland. “Como resultado de ello, no sabemos su estructura interna o tamaño como nos gustaría. Este sistema nos lleva un paso más cerca a limitarlo”.
Conocido como J1749.4 Swift-2807 – J1749 para abreviar – el sistema explotó con un estallido de rayos x el 10 de abril de 2010. Durante el evento, RXTE observó tres eclipses, detectó pulsos de rayos X que identificaron a la estrella de neutrones como un púlsar y además registró variaciones del pulso que indicaron el movimiento orbital de la estrella de neutrones.
J1749 fue descubierto en junio de 2006, cuando una erupción menor atrajo la atención del satélite Swift de la NASA. Observaciones del Swift, RXTE y otras naves espaciales revelaron que la fuente era un sistema binario que se encuentra a 22.000 años luz de distancia en la constelación de Sagitario, y que la estrella de neutrones fue activamente capturando o acretando gas de su compañera estelar. Este gas se reúne en un disco alrededor de la estrella de neutrones.
“Como muchos sistemas binarios de acreción, J1749 sufre estallidos cuando inestabilidades en el disco de acreción hacen que parte del gase choque contra estrella de neutrones”, dijo Tod Strohmayer, científico del proyecto del RXTE en el Goddard.
El potente campo magnético del púlsar dirige al gas que cae hacia los polos magnéticos de la estrella. Esto significa que la liberación de energía se produce en los puntos calientes que giran con la estrella de neutrones, produciendo rápidos pulsos de rayos X. ¿Qué tan rápido? J1749 está girando 518 veces por segundo – una esfera del tamaño de una ciudad rotando tan rápido como las aspas de una licuadora de cocina.
Además, el movimiento orbital del púlsar imparte regulares pero pequeños cambios en la frecuencia de los pulsos de rayos X. Estos cambios indican que las estrellas giran una en torno a la otra cada 8,8 horas.
Durante el estallido de una semana de duración, RXTE observó tres períodos cuando desapareció brevemente la emisión de rayos X de J1749. Se produce cada eclipse, que dura 36 minutos, siempre que la estrella de neutrones pasa detrás de la estrella normal en el sistema.
“Ésta es la primera vez que hemos detectado eclipses de rayos X de un púlsar rápido que también está acretando gas”, dijo Markwardt. “Con esta información, ahora sabemos el tamaño y la masa de la estrella compañera con una precisión sin precedentes”.
Comparando las observaciones de RXTE en todo el rango de masa teórica para estrellas de neutrones, los astrónomos determinaron que la estrella normal de J1749 pesa cerca del 70 por ciento de la masa del Sol – pero los eclipses indican que la estrella es un 20 por ciento mayor de lo que debería ser para su masa y edad aparente.
“Creemos que la superficie de la estrella es “hinchada”‘ por la radiación proveniente del púlsar, que sólo está a cerca de un millón de kilómetros de ella”, explicó Markwardt. “Esta calefacción adicional probablemente también hace a la superficie de la estrella especialmente perturbada y tormentosa”.
Escribiendo acerca de sus hallazgos en la edición del 10 de julio de 2010 del The Astrophysical Journal Letters, Markwardt y Strohmayer notaron que tienen todo pero necesitan una variable orbital para acertar la masa del púlsar, que se estima entre unos 1,4 y 2,2 veces la masa del Sol.
“Necesitamos detectar la estrella normal en el sistema con telescopios ópticos o infrarrojos”, dijo Strohmayer. “Luego, podemos medir su movimiento y extraer la misma información acerca del púlsar de cuyo movimiento nos ha hablado de la estrella.”
Una consecuencia de la relatividad es que una señal – como una onda de radio o un pulso de rayos X – experimenta un retraso leve de tiempo cuando pasa muy cerca de un objeto masivo. Propuesta por primera vez por Irwin Shapiro en el Massachusetts Institute of Technology (MIT) en Cambridge, Massachusetts, en 1964 como una nueva prueba para las predicciones de la relatividad de Einstein, el retraso se ha demostrado repetidamente utilizando señales de radio que rebotan en Mercurio y Venus y experimentos relacionados con las comunicaciones de la nave espacial.
“Las mediciones de alta precisión de los rayos X de las pulsaciones justo antes y después de un eclipse nos daría una imagen detallada de todo el sistema”, dijo Strohmayer. Para J1749, el retraso que Shapiro predijo es de 21 microsegundos, o 10.000 veces más rápido que un abrir y cerrar de ojos. Pero la resolución de temporización superior del RXTE le permite grabar los cambios 7 veces más rápido.
Con sólo tres eclipses observados durante el estallido de 2010, RXTE no capturó datos suficientes como para revelar un gran retraso. Sin embargo, las mediciones establecieron un límite sobre cuán masiva puede ser la estrella normal. El estudio muestra que si la masa de la estrella fuera superior a 2,2 veces del Sol, RXTE habría visto la demora.
“Creemos que ésta es la primera vez que alguien ha fijado límites realistas para este efecto en longitudes de onda de rayos X fuera del Sistema Solar”, señaló Markwardt. “La próxima vez que J1749 tenga una explosión, RXTE podría medir en forma absoluta el retraso de Shapiro.”
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Etiquetas: estrella de neutrones, pulsar
