Descubren fuertes vientos templados durante la erupción de una estrella de neutrones

Impresión artística de la binaria de rayos-X Swift J1858. Vemos cómo la estrella de neutrones se alimenta, por medio de un disco de acreción, del material que ha despojado de la estrella que le acompaña, y cómo parte de ese material es expulsado en forma de un viento cálido. Crédito: Gabriel Pérez Díaz, SMM (IAC).

Un equipo internacional de astrónomos, en el que participan investigadores del Instituto de Astrofísica de Canarias (IAC), ha descubierto ráfagas de vientos calientes, templados y fríos procedentes de una estrella de neutrones que devora material de su estrella vecina. El estudio ha utilizado una combinación de observaciones realizadas con diversos telescopios, entre ellos, el Gran Telescopio Canarias (GTC o Grantecan), ubicado en el Observatorio del Roque de los Muchachos (Garafía, La Palma). El descubrimiento, que se publica hoy en la revista Nature, proporciona una nueva visión del comportamiento de algunos de los objetos más extremos del Universo.

Las binarias de rayos X de baja masa son sistemas que están formados por un objeto compacto, una estrella de neutrones o un agujero negro, y una estrella de un tamaño similar a la del Sol. El objeto compacto se alimenta de material que sustrae de la estrella compañera, un proceso conocido como acreción. La mayor parte de la acreción se produce durante erupciones violentas en las que los sistemas aumentan su luminosidad de forma espectacular. Al mismo tiempo, parte del material que cae en espiral hacia el objeto compacto es impulsado de vuelta al espacio por medio de vientos formados en el disco, o en forma de jets (chorros de materia).

Las señales más comunes de material que es lanzado por objetos astronómicos están asociadas a un gas "templado". Sin embargo, hasta ahora solo se habían observado vientos de gas "caliente" o "frío" en las binarias de rayos X. En este nuevo trabajo, un equipo de investigadores de 11 países, liderado por la Universidad de Southampton y que incluye a un grupo de astrónomos del Instituto de Astrofísica de Canarias (IAC), se estudia la reciente erupción de la binaria de rayos X Swift J1858. Para ello han utilizado una gran combinación de telescopios, entre los que se encuentran el Telescopio Espacial Hubble (HST) de la NASA, el satélite XMM-Newton de la Agencia Espacial Europea (ESA), el Very Large Telescope (VLT) del Observatorio Europeo Austral (ESO) y el Gran Telescopio Canarias (GTC o Grantecan).

El espectro ultravioleta publicado en la revista Nature muestra los rasgos característicos de un viento cálido que se observa simultáneamente a un viento más frío detectado en el visible.

"Las erupciones como esta son raras y cada una de ellas es única”, señala Noel Castro Segura, investigador de la Universidad de Southampton licenciado en la Universidad de La Laguna y primer autor de este estudio. Y añade: “Normalmente están muy oscurecidas por el polvo interestelar, lo que dificulta mucho su observación. Swift J1858 es especial porque, aunque se encuentra al otro lado de nuestra galaxia, el oscurecimiento es lo suficientemente pequeño como para permitir un estudio completo en varias longitudes de onda”.

La reciente erupción de Swift J1858 muestra una variabilidad extrema en todo el espectro electromagnético, lo que supuso una oportunidad única. "Las estrellas de neutrones tienen una atracción gravitatoria muy fuerte que les permite engullir gas de otras estrellas. Sin embargo, estos caníbales estelares son unos comensales caóticos y gran parte del gas que atraen hacia ellos no se consume, sino que se lanza al espacio a gran velocidad”, expone la coautora Nathalie Degenaar, de la Universidad de Ámsterdam. “Este comportamiento tiene un gran impacto tanto en la propia estrella de neutrones como en su entorno vecino. El nuevo hallazgo proporciona información clave sobre los patrones alimenticios de estos ‘monstruos de las galletas’ cósmicos", agrega.

Además de descubrir los vientos cálidos, el equipo pudo estudiar la evolución temporal del flujo de gas que es expulsado. Hallaron que el viento templado no se veía afectado por las fuertes variaciones de brillo del sistema. Este comportamiento había sido predicho teóricamente en base a simulaciones por ordenador, pero no habían sido confirmadas hasta ahora.

"En esta investigación combinamos las capacidades únicas del HST con los mejores telescopios terrestres, como el VLT y el GTC, para obtener una imagen completa de la dinámica del gas en el sistema, lo que nos ha permitido desvelar por primera vez la verdadera naturaleza de estas potentes eyecciones de gas", afirma Montserrat Armas Padilla, investigadora del IAC y coautora del artículo.

"Nuestro conocimiento sobre la formación de estos vientos y de sus efectos en la evolución de estos sistemas a lo largo del tiempo es escasa, por lo que los resultados obtenidos nos ofrecen nueva información sobre estos fenómenos y podrían ayudarnos a entender qué condiciones físicas son necesarias para generar vientos en otros objetos astrofísicos", explica Teo Muñoz Darias, investigador del IAC y coautor del artículo.

"Los nuevos conocimientos que aportan nuestros resultados son fundamentales para comprender cómo interactúan estos objetos con su entorno. Esto es importante porque, al arrojar energía y materia a la galaxia, contribuyen a la formación de nuevas generaciones de estrellas y a la evolución de la propia galaxia", concluye Castro Segura.

Otros investigadores del IAC que han participado en este proyecto son Jorge Casares y Virginia Cúneo. El Gran Telescopio Canarias y los Observatorios del Instituto de Astrofísica de Canarias (IAC) forman parte de la red de Infraestructuras Científicas y Técnicas Singulares (ICTS) de España.

 

Artículo:

"A persistent ultraviolet outflow from an accreting neutron star transient". Nature, DOI: https://www.doi.org/10.1038/s41586-021-04324-2

Contacto del primer autor:

Noel Castro Segura, N.Castro-Segura [at] soton.ac.uk

Contacto en el IAC:

Montserrat Armas Padilla, marmas [at] iac.es
Teo Muñoz Darias, tmd [at] iac.es

 

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