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Descubierto un nuevo tipo de fuentes de rayos X celestes

Adaptación al castellano del comunicado de la Agencia Europea del Espacio
por Ignacio Negueruela, Universidad de Alicante




INTEGRAL
revela un nuevo tipo de binarias de rayos X con supergigantes

Resumen

El observatorio de rayos gamma de la Agencia Espacial Europea INTEGRAL ha descubierto una nueva clase de estrellas binarias con emisión X, que se cree muy numerosa, aunque no había sido detectada en misiones anteriores. Esta clase de objetos se caracteriza por presentar emisión X tan sólo ocasionalmente, durante unas llamaradas muy breves. Con este descubrimiento, INTEGRAL confirma su capacidad para revelar el Universo escondido.



Fuentes transitorias de rayos X


Los científicos llaman fuentes transitorias de rayos X a aquellas fuentes que normalmente no se observan, o se observan muy débilmente, pero que ocasionalmente presentan estallidos de actividad, también conocidos como 'llamaradas', durante los cuales la emisión de rayos X es mucho más fuerte. Gracias a las capacidades de INTEGRAL, en combinación con otros telescopios espaciales especializados en la observación de los rayos X y gamma, se ha podido descubrir una nueva clase de estos sistemas, que se ha bautizado como supergigantes binarias transitorias de rayos X rápidas.

La nueva clase de estrellas binarias (dobles) se compone de un objeto muy compacto muy pequeño y una compañera 'supergigante', es decir, una estrella enorme de altísima luminosidad (cientos de miles de veces más brillante que el Sol). El objeto compacto puede ser un agujero negro o una estrella de neutrones, que toma material procedente de la supergigante y ocasionalmente deja escapar una llamarada de radiación de alta energía (lo que los científicos llaman un estallido de rayos X). En esta nueva clase, los estallidos son muy escasos y duran muy poco tiempo, lo que explica por qué no habían sido detectados antes.

 

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Figura 1 Representación artística de una transitoria rápida
Esta figura muestra una representación artísitica de una binaria de rayos X de alta masa que contiene una supergigante (la gran estrella azul a la izquierda de la figura) y un objeto compacto (demasiado pequeño para verse en esta escala, pero situado en el centro del punto blanco).
Según acaba de comprobarse, muchos de estos sistemas producen rayos X solamente durante unos breves estallidos durante los cuales alcanzan en cuestión de minutos una gran luminosidad en rayos X. De aquí el nombre de fuentes transitorias rápidas.
El gráfico blanco en la parte derecha inferior de la figura es la curva de luz de la transitoria rápida IGR J17544-2619, observada por INTEGRAL el 23 de setiembre de 2003. En ella puede apreciarse un típico estallido rápido, con una subida muy rápida (cuestión de minutos) hasta el máximo de intensidad y un descenso más lento e irregular que nos lleva al nivel inicial en tan sólo unas dos horas.


Crédito de la imagen: Christophe Carreau (c) / ESA


Fuentes de rayos X y supergigantes

Antes del lanzamiento de INTEGRAL, se conocían poco más de una docena de estrellas binarias con emisión de rayos X que contuvieran una estrella supergigante. Este tipo de estrellas supergigantes son muy raras, porque representan una fase muy corta en la vida de las estrellas mucho más masivas que el Sol, de las que hay muy pocas. Los científicos pensaban que solamente se conocían unos pocos de estos sistemas binarios con supergigante porque realmente no había más

Sin embargo, la combinación de los datos de INTEGRAL con los de otros satélites y telescopios, sugiere ahora a los científicos que existe un número importante de binarias de rayos X con supergigante en nuestra Galaxia, la Vía Láctea, pero que la mayoría de estos sistemas, a diferencia de los que se conocían con anterioridad, no emiten rayos X todo el tiempo, sino solamente durante unos breves 'estallidos'INTEGRAL está mostrando que existen muchas fuentes en la Galaxia que solamente se ven durante lo que se ha dado en llamar 'estallidos rápidos', que se caracterizan por una duración muy breve. Este cáracter transitorio ha hecho que la mayor parte de estos sistemas hayan permanecido escondidos para otros observatorios espaciales, que carecían de la combinación de alta sensibilidad, gran campo de visión y capacidad para observar sin interrupciones de que dispone INTEGRAL.

La nueva clase de objetos son fuentes X que aparecen bruscamente, pasando de no ser detectables a ser realmente brillantes en cuestión de minutos, alcanzan la máxima luminosidad en menos de una hora y después declinan de manera gradual, haciéndose invisibles de nuevo en unas pocas horas. De aquí el nombre de 'estallidos rápidos', para diferenciarlos de los estallidos que muestran otros tipos de fuentes X celestes transitorias, que generalmente duran varias semanas o meses. Hasta ahora, todas las binarias X transitorias rápidas para las que se ha podido identificar la estrella compañera, contienen una supergigante.

Haciendo rayos X con el viento

Otros tipos de sistemas, con estallidos más largos, también se interpretan en función de un intercambio de materia entre una estrella "normal" y un objeto compacto. En estos casos, sin embargo, se cree que la transferencia de materia ocurre a través de lo que se llama un disco de acreción, en el que el material pierde energía  a través del proceso que los astrofísicos llaman "viscosidad" . Las transitorias rápidas, sin embargo, parecen estar siempre asociadas a estrellas supergigantes de enorme luminosidad, que están siempre perdiendo material de sus capas exteriores debido a la misma intensidad de la energía que irradian, un fenómeno conocido como 'viento estelar'. La corta duración de los estallidos parece indicar que el mecanismo por el que el material de la supergigante pasa al objeto compacto es distinto del que se observa en otros sistemas y tiene que ver precisamente con este viento estelar.

Los astrofísicos trabajan con varias hipótesis que puedan explicar la corta duración de estos estallidos. Quizá podrían deberse a que el material que las estrellas supergigantes pierden en forma de viento no sea homogéneo, sino que esté compuesto de grumos y que sólo cuando uno de estos grumos cae sobre el objeto compacto se produzcan estallidos. Otra posibilidad es que el flujo de material transportado por el viento puede volverse muy turbulento e irregular en la vecindad del objeto compacto, una posibilidad con la que ya han especulado otros científicos.

"En cualquier caso, pensamos que toda la fenomenología de los 'estallidos rápidos' tiene que ver con la manera en que las estrellas supergigantes pierden material." declara Ignacio Negueruela, de la Universidad de Alicante (España), primer autor del trabajo. "No parece que exista ninguna relación con el tipo de objeto compacto, ya que hemos visto 'estallidos rápidos' en casos en los que conocemos la naturaleza de estos objetos compactos, unos son con seguridad agujeros negrosy otros son púlsares de rayos de X, es decir, estrellas de neutrones."

El estudio de este tipo de fuentes para entender las razones de este comportamiento proporcionará a los astrofísicos importantes pistas acerca de cómo se generan los rayos X al caer material sobre los objetos compactos. También les permirtirá comprender mejor cómo llegan a formarse estas fascinantes binarias de rayos X.

Figura 2

 
Esta secuencia de imágenes muestra un modelo generado por ordenador del proceso de transferencia de masa entre una supergigante (el gran círculo rojo) y un objeto compacto. El objeto compacto es demasiado pequeño para verse, pero puede apreciarse como el flujo de material a su alrededor se vuelve turbulento y da lugar a complicadas estructuras.
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Crédito de Imagen: John M. Blondin (c) / North Carolina State University



Más información

Estos resultados han sido obtenidos a partir de observaciones llevadas a cabo con INTEGRAL, así como otros telescopios espaciales de rayos X y telescopios en tierra por Ignacio Negueruela y José Miguel Torrejón (Universidad de Alicante, España), David M. Smith (University of California Santa Cruz, USA), Pablo Reig (Universidad de Creta, Grecia) y  Sylvain Chaty (AIM, CEA Saclay/Université Paris 7, Francia). Aparecen en un artículo titulado Supergiant fast X-ray transients: a new class of high-mas X-ray binaries unveiled by INTEGRAL’, que está en prensa para la publicación especial de la Agencia Espacial Europea ESA SP-604  y disponible en la red como astro-ph/0511088.

Aunque el papel de INTEGRAL ha sido decisivo para este descubrimiento, ha habido importantes contribuciones de otros observatorios espaciales. En particular, el trabajo que llevó a este descubrimiento fue iniciado por David M. Smith usando datos del satélite de la NASA RossiXTE sobre la primera transitoria rápida conocida XTE J1739-302, que aparecen en el artículo ‘XTE J1739-302 as a supergiant fast X-ray transient’ por D.M. Smith, W.A. Heindl, C.B. Markwardt, J.H. Swank, I. Negueruela, T.E. Harrison, L. Huss, en prensa para aparecer en el Astrophysical Journal  y disponible en la red como astro-ph/0510658.  Para llegar a estas conclusiones, los autores se basaron en parte en  los resultados presentados por V. Sguera et al., en un artículo titulado ‘INTEGRAL observations of recurrent fast X-ray transient sources’, que está en prensa para aparecer en Astronomy & Astrophysics y que se encuentra en la red como astro-ph/0509018.

Muchas de las fuentes que han resultado ser transitorias rápidas habían sido observadas ya una o dos veces por otros observatorios espaciales, tal y como RossiXTE (NASA), ASCA (JAXA) o BeppoSAX (ASI). Pero su naturaleza sólo ha podido revelarse gracias a la capacidad de INTEGRAL para observar de modo continuado fuentes de rayos gamma poco brillantes. Esta capacidad ha permitido comprobar que estas fuentes transitorias son recurrentes (es decir, que vuelven a aparecer al cabo del tiempo), que hay un gran número de ellas mostrando un comportamiento parecido y que todas muestran estallidos con una forma extremadamente similar. Sin embargo, para identificar las contrapartidas de estos objetos y descubrir su asociación con estrellas supergigantes ha sido necesario recurrir a telescopios con mayor precisión posicional que INTEGRAL, en particular el satélite XMM-Newton de la Agencia Espacial Europea y el satélite Chandra de la NASA.


Contactos

Ignacio Negueruela
Universidad de Alicante, España
Teléfono +34 965 903400 ext. 2441
email: ignacio @ dfists.ua.es
Christoph Winkler
Agencia Espacial Europea - Científico responsable del observatorio INTEGRAL
email: christoph. winkler @ esa.int


 


Escrito y mantenidopor  Ignacio Negueruela
Actualización 15 de Noviembre de 2005.

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