Los científicos que observan una curiosa estrella de neutrones en un sistema binario conocido como 'Rapid Burster' pueden haber resuelto un misterio de cuarenta años en torno a sus desconcertantes estallidos de rayos X. Descubrieron que su campo magnético crea un espacio alrededor de la estrella, evitando en gran medida que se alimente de la materia de su compañero estelar. El gas se acumula hasta que, bajo ciertas condiciones, golpea la estrella de neutrones de una vez, produciendo intensos destellos de rayos X. El descubrimiento se realizó con telescopios espaciales, incluido el XMM-Newton de la ESA.

Descubierto en la década de 1970, Rapid Burster es un sistema binario que comprende una estrella de baja masa en su mejor momento y una estrella de neutrones, el remanente compacto de la desaparición de una estrella masiva. En un par tan estelar, la atracción gravitacional del denso remanente despoja a la otra estrella de parte de su gas; el gas forma un disco de acreción y gira en espiral hacia la estrella de neutrones.

Como resultado de este proceso de acreción, la mayoría de las estrellas binarias de neutrones liberan continuamente grandes cantidades de rayos X, que están marcados por destellos de rayos X adicionales cada pocas horas o días. Los científicos pueden explicar estas explosiones de 'tipo I', en términos de reacciones nucleares que se encienden en el gas entrante, principalmente hidrógeno, cuando se acumula en la superficie de la estrella de neutrones.

Pero Rapid Burster es una fuente peculiar:en su forma más brillante, emite estos destellos de tipo I, mientras que durante los períodos de menor emisión de rayos X, exhibe las ráfagas de 'tipo II' mucho más esquivas:son repentinas, Emisiones erráticas y extremadamente intensas de rayos X.

A diferencia de las ráfagas de tipo I, que no representan una liberación significativa de energía con respecto a lo que normalmente emite la estrella de neutrones en acreción, Los estallidos de tipo II liberan enormes cantidades de energía durante períodos que de otro modo se caracterizarían por muy pocas emisiones.

A pesar de cuarenta años de búsquedas, ráfagas de tipo II se han detectado solo en otra fuente además del Rapid Burster. Conocido como Bursting Pulsar y descubierto en la década de 1990, este sistema binario comprende una estrella de baja masa y una estrella altamente magnetizada, estrella de neutrones giratoria, un púlsar, que solo exhibe explosiones de tipo II.

Debido a la escasez de fuentes que muestren este fenómeno, los mecanismos físicos subyacentes se han debatido durante mucho tiempo, pero un nuevo estudio de Rapid Burster proporciona la primera evidencia de lo que está ocurriendo.

"El Rapid Burster es el sistema arquetípico para investigar las explosiones de tipo II:es donde se observaron por primera vez y la única fuente que muestra explosiones de tipo I y de tipo II, "dice Jakob van den Eijnden, estudiante de doctorado en el Instituto Anton Pannekoek de Astronomía en Amsterdam, Los países bajos, y autor principal de una carta publicada en Avisos mensuales de la Royal Astronomical Society .

En este estudio, Jakob y sus colegas organizaron una campaña de observación utilizando tres telescopios espaciales de rayos X para obtener más información sobre este sistema.

Bajo la coordinación del coautor Tullio Bagnoli, quien también se basó en el Instituto Anton Pannekoek de Astronomía, el equipo logró observar el estallido de la fuente durante unos días en octubre de 2015 con una combinación de NuSTAR y Swift de la NASA, y XMM-Newton de la ESA.

Primero monitorearon la fuente con Swift, sincronizar las observaciones durante un período en el que esperaban que ocurriera una serie de ráfagas de tipo II. Luego, poco después de que se detectara la primera explosión, los científicos pusieron en movimiento los otros observatorios, utilizando XMM-Newton para medir los rayos X emitidos directamente por la superficie de la estrella de neutrones o por el gas en el disco de acreción, y NuSTAR para detectar rayos X de mayor energía, que son emitidos por la estrella de neutrones y reflejados en el disco.

Con estos datos, los científicos examinaron la estructura del disco de acreción para comprender qué le sucede antes, durante, y después de estas copiosas emisiones de rayos X.

Según un modelo, Las explosiones de tipo II ocurren porque el campo magnético de giro rápido de la estrella de neutrones mantiene a raya el flujo de gas de la estrella compañera. evitando que se acerque más a la estrella de neutrones y creando efectivamente un borde interior en el centro del disco. Sin embargo, a medida que el gas continúa fluyendo y acumulándose cerca de este borde, gira cada vez más rápido, y finalmente alcanza la velocidad de giro del campo magnético.

"Es como si arrojáramos algo hacia un tiovivo que gira muy rápido:rebota, a menos que se lance a la misma velocidad que la máquina, "explica Jakob.

"Un acto de equilibrio similar ocurre entre el gas que entra y el campo magnético giratorio:mientras el gas no tenga la velocidad adecuada, no puede llegar a la estrella de neutrones y solo puede acumularse en el borde. Para cuando alcanza la velocidad correcta, se ha acumulado una gran cantidad de gas y golpea la estrella de neutrones de una vez, dando lugar a la dramática emisión de ráfagas de tipo II ".

Este modelo predice que, mientras el material se amontona, debe formarse un espacio entre la estrella de neutrones y el borde del disco de acreción.

En otros modelos, los intensos destellos se explican como resultado de inestabilidades en el flujo del gas de acreción o de efectos relativistas generales. En cualquier caso, estos tendrían lugar mucho más cerca de la estrella de neutrones y no darían lugar a tal brecha.

"Una brecha es exactamente lo que encontramos en Rapid Burster, "dice Nathalie Degenaar, investigador del Instituto de Astronomía Anton Pannekoek y asesor de doctorado de Jakob. "Esto sugiere fuertemente que las explosiones de tipo II son causadas por el campo magnético".

Las observaciones indican que hay una brecha de aproximadamente 90 km entre la estrella de neutrones y el borde interior del disco de acreción. Aunque no es impresionante en escalas cósmicas, el tamaño de la brecha es mucho mayor que la propia estrella de neutrones, que tiene un radio de unos 10 km.

Este hallazgo está en línea con los resultados de un estudio anterior de Nathalie y colaboradores, que había observado una brecha similar alrededor del Bursting Pulsar, la otra fuente conocida por producir explosiones de tipo II.

En el nuevo estudio de Rapid Burster, los científicos también midieron la fuerza del campo magnético de la estrella de neutrones:a 6 × 108 G, es alrededor de mil millones de veces más fuerte que la Tierra y, lo más importante, más de cinco veces más fuerte que lo observado en otras estrellas de neutrones con un compañero estelar de baja masa. Esto podría insinuar una edad temprana de este sistema binario, sugiriendo que el proceso de acreción no ha durado lo suficiente como para amortiguar el campo magnético, como se cree que sucedió en sistemas similares.

Si esta estrella de neutrones binaria es realmente tan joven como indica su fuerte campo magnético, entonces se espera que gire mucho más lento que sus contrapartes más antiguas:las mediciones futuras de la velocidad de giro de la estrella podrían ayudar a confirmar este escenario inusual.

"Este resultado es un gran paso hacia la resolución de un acertijo de cuarenta años en la astronomía de estrellas de neutrones, al mismo tiempo que revela nuevos detalles sobre la interacción entre los campos magnéticos y los discos de acreción en estos objetos exóticos, "concluye Norbert Schartel, Científico del proyecto XMM-Newton en la ESA.