Un equipo de astrónomos estadounidenses y canadienses dirigido por Scott Engle y Edward Guinan de la Universidad de Villanova ha descubierto una nueva clase sorprendente de estrellas variables pulsantes de rayos X. Parte del programa Villanova Secret Lives of Cepheids, las nuevas observaciones de rayos X, obtenido por el Observatorio de rayos X Chandra de la NASA y publicado el jueves, 23 de marzo en el Diario astrofísico , revelan que el brillante prototipo de las cefeidas clásicas, d Cephei, es una fuente de rayos X pulsada periódica.

Los miembros del equipo de investigación que compartieron el descubrimiento incluyeron a Graham Harper, Universidad de Colorado; Nancy Remage Evans, Centro de Astrofísica de Harvard; Manfred Cuntz, Universidad de Texas, Arlington; y Hilding Neilson, Universidad de Toronto.

La estrella prototipo que da nombre a todas las cefeidas, d Cephei (d Cep) es, a una distancia de 890 años luz de distancia, también uno de los más cercanos de su tipo. Las cefeidas son una clase famosa de estrellas variables pulsantes y se encuentran entre los objetos astronómicamente más importantes del Universo. Al medir los períodos de pulsación y el brillo de las cefeidas, los astrofísicos pueden medir distancias a otras galaxias y calibrar la escala de distancia extragaláctica. Las cefeidas también juegan un papel cada vez más vital en el esfuerzo por medir con precisión la tasa de expansión del Universo y resolver la discrepancia del Hubble en desarrollo.

Datos devueltos recientemente para d Cep del Observatorio de rayos X Chandra, combinado con medidas de rayos X anteriores aseguradas con el satélite de rayos X XMM-Newton, han demostrado que d Cep tiene variaciones de rayos X que ocurren de acuerdo con el período de pulsación de 5.4 días de la estrella supergigante. Se observan rayos X en todas las fases de las pulsaciones de la estrella, pero aumentará bruscamente en ~ 400% cerca de los momentos en que la estrella se hincha a su diámetro máximo de aproximadamente 45 veces el del Sol.

"Nuestras primeras observaciones de rayos X de las cefeidas se realizaron en 2006, y nuestras primeras detecciones fueron recibidas con un poco de escepticismo. La idea de que las cefeidas pudieran estar activas en rayos X parecía descabellada porque estas estrellas son solo unas pocas veces más masivas y un poco más calientes que el Sol. ", dijo Engle." Más de una década después, finalmente hemos demostrado que, de hecho, pueden ser variables de rayos X, pero el trabajo está lejos de terminar. Ahora necesitamos entender cómo generan y modulan sus emisiones de rayos X, y qué efecto podría tener esto en la ley de luminosidad del período de Leavitt ".

d Cep es una estrella brillante, fácilmente visto sin un telescopio hacia el norte en la constelación de Cefeo. Esta estrella supergigante amarilla, cuyas variaciones de brillo óptico se descubrieron en 1784, fue una de las primeras estrellas variables conocidas. Sus variaciones de luz son el resultado de pulsaciones radiales, en el que la estrella se contrae y expande con el mismo período de 5.4 días que sus variaciones de brillo. La superficie de d Cep alcanza velocidades supersónicas de aproximadamente 82, 000 millas por hora, mientras que la estrella se encoge y crece aproximadamente 2 millones de millas durante cada período de pulsación. Se han encontrado miles de cefeidas en nuestra galaxia, así como en otras galaxias a cientos de millones de años luz de distancia.

Los análisis de los datos de rayos X indican la presencia inesperada de plasmas muy calientes en d Cep, con temperaturas superiores a los 10 millones de grados centígrados. Todavía no es seguro si los rayos X surgen de ondas de choque inducidas por pulsaciones en la atmósfera dinámica de la estrella. o de la generación de un campo magnético estelar que se enreda, emitiendo rayos X. Se están estudiando otras cefeidas para comprender la fuente de la calefacción, Plasmas emisores de rayos X. Al menos dos cefeidas adicionales muestran una posible variabilidad de los rayos X.

El equipo de investigación dirigido por Engle y Guinan utilizó previamente el telescopio espacial Hubble para estudiar las líneas de emisión ultravioleta de d Cep y otras cefeidas. Estas líneas de emisión se originan en plasmas de hasta 300, 000 grados Celsius; más frío que los plasmas emisores de rayos X, pero mucho más caliente que las superficies de las estrellas. Las emisiones ultravioleta también varían de acuerdo con los períodos de pulsación de las cefeidas, pero aumentan bruscamente después de que la cefeida alcanza el radio mínimo. a diferencia de las emisiones de rayos X que alcanzan su punto máximo justo después del radio máximo. El equipo todavía está estudiando exactamente por qué las emisiones ultravioleta y de rayos X alcanzan su punto máximo en fases tan diferentes de las pulsaciones de la estrella.

"Las estrellas cefeidas clásicas se consideran las estrellas variables más importantes del cielo. Estas estrellas supergigantes pulsantes han sido utilizadas desde mediados de la década de 1920 por Edwin Hubble y otros astrónomos para medir las distancias a las galaxias y determinar la tasa de expansión del universo. "dijo Guinan." Después de muchos intentos, la incapacidad de detectar rayos X de las cefeidas durante la década de 1980-90 llevó a los astrónomos a renunciar a ellas como potenciales estrellas de rayos X. Así que fue una gran (pero agradable) sorpresa encontrar la emisión de rayos X de d Cep y varias otras cefeidas ".

Este descubrimiento de rayos X para d Cep y algunas otras cefeidas es el más reciente de una lista de propiedades de las cefeidas recientemente descubiertas. Estos incluyen gas circunestelar y ambientes polvorientos, excesos infrarrojos, líneas de emisión ultravioleta, y variaciones de ciclo a ciclo en los cambios periódicos de luz de las estrellas. Esta combinación de descubrimientos muestra que las Cefeidas, después de más de dos siglos de estudio, todavía guardan sus secretos. Dada la importancia astrofísica y cosmológica de las cefeidas, y las altas precisiones necesarias para probar modelos cosmológicos, estos nuevos descubrimientos deberían entenderse mejor. Se planean observaciones de rayos X de otras cefeidas brillantes para desentrañar su comportamiento de rayos X.