La NASA captura el comportamiento termonuclear de una estrella de neutrones única

Ilustración del sistema binario con la estrella de neutrones a la derecha. NASA/Dana Berry

Las observaciones determinan que en las mayores tasas de acreción el flujo de combustible de la estrella de neutrones puede soportar continuas reacciones termonucleares y quedarse estable sin la activación de explosiones episódicas

Una estrella de neutrones es lo más parecido a un agujero negro que los astrónomos pueden observar directamente, alojando medio millón de veces más masa que la Tierra en una esfera del tamaño de una ciudad. En octubre de 2010, una estrella de neutrones cerca del centro de nuestra galaxia entró en erupción con cientos de estallidos de rayos-X que fueron impulsados por una andanada de explosiones termonucleares en la superficie de la estrella.

El telescopio espacial RXTE (Rossi X-ray Timing Explorer) de la NASA capturó con extremo detalle este fenómeno, que se prolongó un mes. Con estos datos, un equipo internacional de astrónomos ha sido capaz de tender un nuevo puente entre la teoría y la observación.

“En un solo mes, se identificó una evolución que no se había visto en las observaciones de cerca de 100 estrellas de neutrones durante los últimos 30 años”, dijo Manuel Linares, investigador postdoctoral en el Instituto Kavli de Astrofísica y de Investigación Espacial en el Massachusetts Institute of Technology. Este estudio se publicará el 20 de marzo en The Astrophysical Journal.

El 10 de octubre de 2010, el satélite INTEGRAL de la Agencia Espacial Europea detectó una fuente de rayos X transitoria en la dirección de Terzan 5, un cúmulo globular de estrellas a unos 25.000 años luz de distancia, hacia la constelación de Sagitario.

El objeto, llamado IGR J17480-2446, se clasificó como un sistema binario de baja masa de rayos X, en el que la estrella de neutrones gira alrededor de una estrella similar al sol y atrae un flujo de su materia. El objeto fue renombrado por Linares y sus colegas, acortándolo como T5X2.

Tres días después del descubrimiento de la fuente, RXTE fue dirigido a T5X2 y detectó pulsos regulares en su emisión, lo que indica que el objeto era un púlsar: un tipo de estrella de neutrones que emite energía electromagnética a intervalos periódicos.

El poderoso campo magnético del objeto dirige el gas que cae hacia los polos magnéticos de la estrella, produciendo puntos calientes que giran con la estrella de neutrones y dan lugar a pulsos de rayos x.

En el Centro Goddard de Vuelo Espacial en Greenbelt, Maryland, los científicos Tod Strohmayer y Markwardt Craig del RXTE mostraron que T5X2 gira a una tasa tranquila para las estrellas de neutrones: 11 veces por segundo.

Debido a que el movimiento orbital del púlsar imparte cambios pequeños pero regulares en la frecuencia del pulso, se mostró que el púlsar y su compañera, similar al Sol, giran uno alrededor del otro cada 21 horas.

Ese mismo día, RXTE observó la primera explosión del sistema: un pico de intensidad en los rayos X que duró casi 3 minutos y fue causada por una explosión termonuclear en la superficie de la estrella de neutrones.

En última instancia, RXTE catalogó unos 400 eventos de este tipo entre el 13 de octubre y el 19 de noviembre, con ráfagas adicionales observadas por el INTEGRAL y los observatorios Swift y Chandra de la NASA. 

En el sistema T5X2, flujos de materia de la estrella similar al Sol son atraidos a la estrella de neutrones en un proceso conocido como acreción. Debido a que una estrella de neutrones contiene más masa que el Sol en una esfera de 10 a 15 kilómetros de diámetro su gravedad en la superficie es extremadamente alta.

Las lluvias de gas en la superficie del púlsar se producen con una fuerza increíble y, en última instancia, cubren la estrella de neutrones con una capa de hidrógeno y de combustible de helio. Cuando la capa se forma a una cierta profundidad, el combustible se somete a una reacción termonuclear y explota, creando intensos picos de rayos X detectados por la nave RXTE y otras. Cuanto más grande es la explosión, más intensa es su emisión de rayos X.

Los modelos diseñados para explicar estos procesos hicieron una predicción que nunca había sido confirmada por la observación. Determinaron que en las mayores tasas de acumulación el flujo de combustible de la estrella de neutrones puede soportar continuas reacciones termonucleares y quedarse estable sin la activación de explosiones episódicas.

En bajas tasas de acreción, T5X2 muestra el conocido patrón de rayos X de la acumulación de combustible y explosión: un aumento fuerte de la emisión seguida de un largo paréntesis, como las reformas de la capa de combustible.

Sin embargo, en las tasas más altas de acreción, cuando está cayendo un mayor volumen de gas hacia la estrella, el carácter del patrón cambia: los picos de emisión son más pequeños y se producen con mayor frecuencia.

Linares y sus colegas interpretan esto como un signo de una fusión nuclear marginalmente estable, donde las reacciones tienen lugar de manera uniforme en toda la capa de combustible, al igual que predice la teoría.

La pregunta que ahora se hace el equipo es por qué este sistema es tan diferente de todos los demás estudiados en las décadas anteriores. Linares sospecha que la lenta rotación de T5X2 puede ser la clave.

Una rotación más rápida introduciría fricción entre la superficie de la estrella de neutrones y sus capas de combustible, y este calor por fricción puede ser suficiente para alterar la velocidad de la combustión nuclear en el resto de estrellas de neutrones que estallan previamente estudiadas.

El RXTE quedó fuera de servicio el pasado 5 de enero.

FUENTE: NASA

Acerca de victorjover
Estudiante de Periodismo y Diplomado en Magisterio apasionado del misterio, la ciencia y la filosofía.

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