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Usando datos del observatorio de la Misión de Imágenes y Espectroscopía liderada por Japón, los astrónomos han observado directamente la salida de una estrella gigante, llamada viento estelar, siendo capturado por su compañero compacto y proporcionando la fuente de energía para fuertes ráfagas de rayos X. La investigación es parte de la exploración por la NASA del universo extremo para comprender mejor cómo funciona el cosmos.
“Nunca hemos visto indicaciones claras de plasma eólico que caen sobre un objeto compacto”, dijo Roi Rahin, investigadora de UMBC (Universidad de Maryland, Baltimore County) y Centro de Vuelo Espacial Goddard de la NASA en Greenbelt, Maryland. “Ahora podemos probar nuestra comprensión de estos procesos con mucho mayor detalle. ”
A papel describiendo los hallazgos publicados el viernes en la revista Science Advances.
El sistema objetivo es BP Crucis, un binario de rayos X de alta masa situado a unos 13.000 años luz en la Cruz de la Constelación Sur. La estrella primaria, conocida como Wray 977, es un hipergiante azul alrededor de 40 veces la masa del Sol y 60 veces su tamaño. Es tan grande, caliente y luminoso que el gas ionizado constantemente se aleja de él, un fenómeno que los astrónomos llaman un viento estelar.
Goddard Space Flight Center/Conceptual Image Laboratory
El compañero del supergiant es una estrella de neutrones pequeña pero tenue llamada GX 301-2. El núcleo aplastado de una estrella que hace mucho tiempo explotó como una supernova, empaca más que la masa del Sol en una bola aproximadamente 12 millas (20 kilómetros) a través. Rotando cada 11 minutos, barre un rayo de rayos X hacia la Tierra, que lo clasifica como un pulsar.
Dos veces durante la órbita de 41,5 días del pulsar, cerca de sus puntos más cercanos y más lejanos de la estrella primaria, se producen fuertes ebulliciones de rayos X durante varios días. Los astrónomos piensan que la influencia gravitatoria del pulsar en la estrella crea un flujo de plasma especialmente denso. Las bengalas ocurren cuando el pulsar atraviesa este flujo y captura parte de su materia. Las erupciones más fuertes suceden más cerca de la estrella, donde el arroyo es más denso.
Los investigadores apuntaron al sistema con XRISM el 1 de febrero de 2025, observándolo durante unas 16 horas cerca del final de una de estas bengalas más fuertes. El instrumento Resolve del observatorio, elaborado conjuntamente por NASA y JAXA (Japón Agencia de Exploración Aeroespacial), capturó espectros de rayos X altamente detallados, revelando líneas de emisión y absorción rápidamente cambiantes. En particular, las líneas de absorción de hierro altamente ionizado revelaron la velocidad y dirección del plasma relativamente cerca del pulsar.
Centro de Vuelo Espacial Goddard de la NASA
Cuando Rahin vio por primera vez estos espectros, se dio cuenta de que no había visto nada como ellos antes. Recorrió la literatura científica para observaciones similares y subió con las manos vacías.
“Estaba claro que estas observaciones eran pioneros, pero al mismo tiempo esto significaba que el análisis tenía que ser especialmente detallado”, dijo Nazma Islam, un coautor anteriormente en UMBC y NASA Goddard y ahora profesor asistente en Manipal Centre for Natural Sciences, India. “Podríamos ver cómo el flujo denso del plasma actúa muy cerca de la estrella de neutrones. ”
Rahin y su equipo muestran que las líneas de absorción de hierro que observaron están desplazadas a energías inferiores de lo que serían si se midieran en un laboratorio. Este desplazamiento, llamado redshift, indica movimiento lejos del observador, lo que significa que el gas está fluyendo hacia el pulsar. El alcance del rojizo indica la velocidad del plasma. El análisis del equipo indica que el gas está corriendo hacia el pulsar a velocidades de alrededor de 335.000 mph (540.000 kph).
Esto es lo que piensan los investigadores: A medida que el pulsar entra en el flujo, barre el gas en un disco grueso, desordenado y turbulento. Este gas en espiral hacia el pulsar, se calienta y emite rayos X para encender las bengalas.
Mientras el pulsar empuja más lejos hacia el arroyo, el disco turbulento se descompone. Los astrónomos sospechan que mientras el pulsar se mueve más directamente en el flujo, el flujo ya no tiene el impulso angular necesario para mantener el disco. Una vez que el disco se disipa, el plasma fluye directamente a la estrella de neutrones. Las observaciones con XRISM se produjeron cerca del final de esta fase.
Luego, como el pulsar se acerca al final del flujo, un disco desordenado vuelve brevemente, esta vez girando en la dirección opuesta. Y entonces también desaparece cuando sale el pulsar. En total, el pulsar tarda unos cuatro días en transitar el flujo.
“El sistema BP Crucis es un laboratorio ideal para estudiar la acreción pulsar alimentada por el viento, y el espectrómetro Resolve sensible y de alta resolución de XRISM es un instrumento ideal para avanzar en nuestra comprensión de los procesos involucrados”, dijo Brian Williams, científico de proyecto de la misión en NASA Goddard.
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