Descubren una “Araña Cósmica” Emitiendo Poderosos Rayos Gamma

Telescopios Espaciales
13/1/2022
 Descubren una “Araña Cósmica” Emitiendo Poderosos Rayos Gamma
Impresión artística de un sistema en binario en evolución compuesto por una una enana blanca y un púlsar de milisegundos. Créditos: NOIRLab/NSF/AURA/J. da Silva/Spaceengine Acknowledgment: M. Zamani (NSF's NOIRLab)

Se trata del primer sistema binario descubierto que se encuentra en la penúltima etapa de su evolución y que fue investigado por el telescopio SOAR, operado por NOIRLab/AURA en Chile.

Utilizando el telescopio SOAR de 4,1 metros en Chile, un equipo de astrónomos ha descubierto el primer ejemplo de un sistema binario en el que la estrella que se está transformando en una enana blanca, se encuentra orbitando una estrella de neutrones que acaba de convertirse en un púlsar que gira rápidamente. El par estelar, originalmente fue detectado por el Telescopio Espacial de Rayos Gamma Fermi de la NASA, y se trata de un eslabón perdido en la evolución de este tipo de sistemas binarios.

Desde Chile, los científicos lograron determinar que una brillante y misteriosa fuente de rayos gamma corresponde en realidad a una estrella de neutrones que gira a una enorme velocidad (que recibe el nombre de púlsar de milisegundo), y que además se encuentra orbitando otra estrella en proceso de convertirse en una enana blanca de masa extremadamente baja. Los astrónomos llaman a este tipo de sistemas binarios spiders (arañas en inglés), ya que el púlsar tiende a “devorar” las partes exteriores de la compañera estelar a medida que se convierte en una enana blanca.

Para ello, utilizaron el espectrógrafo Goodman que se encuentra instalado en el telescopio SOAR para determinar la verdadera identidad de 4FGL J1120.0-2204. De este modo se logró demostrar que la fuente de rayos gamma, que también emite rayos X, según lo observado por los telescopios espaciales Swift de la NASA y XMM-Newton de la Agencia Espacial Europea (ESA), es un sistema binario que está compuesto por un "púlsar de milisegundos" que gira cientos de veces por segundo, y por el precursor de una enana blanca de masa extremadamente baja. Esta pareja estelar única se encuentra a más de 2.600 años luz de distancia de la Tierra.

El espectro óptico del sistema binario observado por el espectrógrafo Goodman mostró que la luz de la estrella que se está convirtiendo en enana blanca presenta un efecto Doppler —con corrimientos alternados hacia el rojo y el azul—, lo que indica que la naciente enana blanca orbita alrededor de una masiva y compacta estrella de neutrones cada 15 horas.

Cuando una estrella con una masa similar o menor a la del Sol llega al final de su vida, se queda sin el hidrógeno que necesita para alimentar los procesos de fusión nuclear en su núcleo. Durante un tiempo el helio asume esta tarea y otorga energía a la estrella. Sin embargo, eso produce que la estrella se contraiga y que aumente su temperatura, provocando consecuentemente su expansión hasta convertirse en una gigante roja con un tamaño de cientos de millones de kilómetros. En algunas circunstancias, las capas externas de esta estrella gigante pueden acumularse en una compañera binaria y la fusión nuclear se detiene, dejando una enana blanca del tamaño de la Tierra con temperaturas superiores a 100.000 °C.

La enana blanca primitiva del sistema 4FGL J1120.0-2204 aún no ha terminado de evolucionar:  “Actualmente se encuentra hinchada, y tiene un radio cinco veces más grande que una enana blanca normal de masa similar”, explicó Samuel Swihart del Laboratorio de Investigación Naval de Estados Unidos. “Continuará enfriándose y contrayéndose, y en unos dos mil millones de años, se verá idéntica a la mayoría de las enanas blancas de masa extremadamente baja que ya conocemos”.

Por su parte, los púlsares de milisegundos giran cientos de veces por segundo. El impulso del giro lo obtienen de la acumulación de material de una compañera, que en este caso corresponde a la estrella que se está convirtiendo en enana blanca. La mayor parte de los púlsares de milisegundos emiten rayos gamma y rayos X, a menudo cuando el viento del púlsar (que consiste en una corriente de partículas cargadas que emanan de la estrella de neutrones) choca con el material que emite la estrella acompañante.

Se conocen cerca de 80 enanas blancas de masa extremadamente baja, pero “esta es la primera precursora de una enana blanca de masa extremadamente baja que encontramos orbitando una estrella de neutrones”, expresó Swihart. En consecuencia, 4FGL J1120.0-2204 representa una mirada única al final de este proceso de aceleración. El resto de los sistemas binarios de enanas blancas y púlsares que se han descubierto, han superado con creces la etapa de giro.

Actualizado: 13/1/2022