Un estallido con la perspectiva de las ondas gravitacionales

"Starburst" galaxy IC 10.
En 1887, el astrónomo norteamericano Lewis SWIFT descubrió una nube resplandeciente, o nebulosa, que resultó ser una pequeña galaxia a unos 2,2 mil millones de años luz de la Tierra. Hoy en día, se le conoce como el "estallido" Galaxy IC 10, refiriéndose a la intensa actividad de formación estelar que se produce allí.

Más de cien años después del descubrimiento de SWIFT, los astrónomos están estudiando IC 10 con los telescopios más poderosos del siglo XXI. Nuevas observaciones con Chandra X-Ray Observatorio de la NASA revelan muchos pares de estrellas que un día pueden convertirse en fuentes de tal vez el fenómeno cósmico más emocionante observado en los últimos años: las ondas gravitacionales.

Analizando las observaciones de Chandra de IC 10 que abarcaban una década, los astrónomos encontraron sobre una docena calabozos y estrellas de neutrón que alimentaban del gas de los compañeros estelares jóvenes, masivos. Estos sistemas de doble estrella se conocen como "binarios de rayos x" porque emiten grandes cantidades de luz de rayos x. Como una estrella masiva orbita alrededor de su compañero compacto, ya sea un agujero negro o estrella de neutrones, el material se puede tirar lejos de la estrella gigante para formar un disco de material alrededor del objeto compacto. Las fuerzas friccionales calientan el material infalible a millones de grados, produciendo una fuente de rayos X brillante.

Cuando la estrella del compañero masivo acabe con el combustible, sufrirá un derrumbamiento catastrófico que producirá una explosión de supernova, y dejará atrás un agujero negro o estrella de neutrones. El resultado final es dos objetos compactos: o un par de agujeros negros, un par de estrellas de neutrones, o un agujero negro y estrella de neutrones. Si la separación entre los objetos compactos llega a ser lo suficientemente pequeña como pasa el tiempo, producirán ondas gravitacionales. Con el tiempo, el tamaño de su órbita se reducirá hasta que se fusionen. Ligo ha encontrado tres ejemplos de pares negros del agujero que se combinan de esta manera en los últimos dos años.

Galaxias de estallido como IC 10 son excelentes lugares para buscar binarios de rayos X porque están produciendo estrellas rápidamente. Muchas de estas estrellas recién nacidas serán parejas de estrellas jóvenes y masivas. La más masiva de la pareja evolucionará más rápidamente y dejan atrás un agujero negro o una estrella de neutrones se asoció con la estrella masiva restante. Si la separación de las estrellas es lo suficientemente pequeña, se producirá un sistema binario de rayos X.

Esta nueva imagen compuesta de IC 10 combina los datos de rayos X de Chandra (azul) con una imagen óptica (rojo, verde, azul) tomada por el astrónomo aficionado Bill Snyder desde el Observatorio de los cielos espejo en Sierra Nevada, California. Las fuentes de rayos X detectadas por Chandra aparecen como un azul más oscuro que las estrellas detectadas en luz óptica.

Las estrellas jóvenes en IC 10 parecen ser sólo la edad adecuada para dar una cantidad máxima de interacción entre las estrellas masivas y sus compañeros compactos, produciendo la mayoría de las fuentes de rayos X. Si los sistemas eran más jóvenes, entonces las estrellas masivas no habrían tenido tiempo de ir a supernova y producirán una estrella de neutrones o un agujero negro, o la órbita de la estrella masiva y el objeto compacto no habría tenido tiempo de reducir lo suficiente para que comenzara la transferencia masiva. Si el sistema de la estrella era mucho más viejo, entonces ambos objetos compactos se habrían formado probablemente ya. En este caso, la transferencia de materia entre los objetos compactos es improbable, evitando la formación de un disco emisor de rayos X.

Chandra detectó 110 fuentes de rayos-x en IC 10. De éstos, sobre 40 también se ven en luz óptica y 16 de éstos contienen los "Gigantes azules", que son el tipo de estrellas jóvenes, masivas, calientes descritas anteriormente. La mayoría de las otras fuentes son binarios de rayos X que contienen estrellas menos masivas. Varios de los objetos muestran una fuerte variabilidad en su producción de rayos X, indicando las interacciones violentas entre las estrellas compactas y sus compañeros. 

Un par de papeles que describen estos resultados se publicaron en el número del 10 de febrero de 2017 de la revista Astrofísica y está disponible en línea aquí y aquí. Los autores del estudio son Silas Laycock del centro de ciencia y tecnología espacial de UMass Lowell (UML); Rigel Capallo, un estudiante graduado en UML; Dimitris Christodoulou de UML; Benjamin Williams de la Universidad de Washington en Seattle; Breanna BINDER de la Universidad Politécnica del estado de California en Pomona; y, Andrea Prestwich del centro de Astrofísica de Harvard-Smithsonian en Cambridge, Massachusetts.

El centro Marshall de vuelos espaciales de la NASA en Huntsville, Alabama, administra el programa Chandra para la dirección de la misión científica de la NASA en Washington. El Observatorio Astrofísico del Smithsonian en Cambridge, Massachusetts, controla la ciencia y las operaciones de vuelo de Chandra.

Image credit: X-ray: NASA/CXC/UMass Lowell/S. Laycock et al.; Optical: Bill Snyder Astrophotography

Last Updated: Aug. 10, 2017
Editor: Lee Mohon

Traducción: El Quelonio Volador

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