La gran erupción de Eta Carinae en la década de 1840 creó la ondulante Nebulosa del Homúnculo, fotografiado aquí por Hubble. Ahora alrededor de un año luz de largo, la nube en expansión contiene suficiente material para hacer al menos 10 copias de nuestro Sol. Los astrónomos aún no pueden explicar qué causó esta erupción. Crédito:NASA, ESA, y el equipo Hubble SM4 ERO
Un nuevo estudio que utiliza datos del telescopio espacial NuSTAR de la NASA sugiere que Eta Carinae, el sistema estelar más luminoso y masivo dentro de 10, 000 años luz, está acelerando partículas a altas energías, algunas de las cuales pueden llegar a la Tierra en forma de rayos cósmicos.
"Sabemos que las ondas expansivas de las estrellas que explotan pueden acelerar las partículas de rayos cósmicos a velocidades comparables a las de la luz, un impulso de energía increíble, "dijo Kenji Hamaguchi, un astrofísico en el Centro de Vuelo Espacial Goddard de la NASA en Greenbelt, Maryland, y el autor principal del estudio. "Procesos similares deben ocurrir en otros ambientes extremos. Nuestro análisis indica que Eta Carinae es uno de ellos".
Los astrónomos saben que los rayos cósmicos con energías superiores a mil millones de electronvoltios (eV) nos llegan desde más allá de nuestro sistema solar. Pero debido a que estas partículas, electrones, protones y núcleos atómicos:todos llevan una carga eléctrica, se desvían de su curso cada vez que encuentran campos magnéticos. Esto revuelve sus caminos y enmascara sus orígenes.
Eta Carinae, ubicado alrededor de 7, 500 años luz de distancia en la constelación sureña de Carina, es famosa por un estallido del siglo XIX que la convirtió brevemente en la segunda estrella más brillante del cielo. Este evento también expulsó una nebulosa masiva en forma de reloj de arena, pero la causa de la erupción sigue siendo poco conocida.
El sistema contiene un par de estrellas masivas cuyas órbitas excéntricas las acercan inusualmente cada 5,5 años. Las estrellas contienen 90 y 30 veces la masa de nuestro Sol y se separan 140 millones de millas (225 millones de kilómetros) en su aproximación más cercana, aproximadamente la distancia promedio que separa a Marte del Sol.
"Ambas estrellas de Eta Carinae generan poderosos flujos de salida llamados vientos estelares, "dijo el miembro del equipo Michael Corcoran, también en Goddard. "Donde estos vientos chocan cambia durante el ciclo orbital, que produce una señal periódica en rayos X de baja energía que hemos estado rastreando durante más de dos décadas ".
El telescopio espacial de rayos gamma Fermi de la NASA también observa un cambio en los rayos gamma (la luz contiene mucha más energía que los rayos X) desde una fuente en la dirección de Eta Carinae. Pero la visión de Fermi no es tan nítida como la de los telescopios de rayos X, por lo que los astrónomos no pudieron confirmar la conexión.
Para cerrar la brecha entre el monitoreo de rayos X de baja energía y las observaciones de Fermi, Hamaguchi y sus colegas se dirigieron a NuSTAR. Lanzado en 2012, NuSTAR puede enfocar rayos X de mucha más energía que cualquier telescopio anterior. Utilizando tanto datos recién tomados como de archivo, el equipo examinó las observaciones de NuSTAR adquiridas entre marzo de 2014 y junio de 2016, junto con observaciones de rayos X de menor energía del satélite XMM-Newton de la Agencia Espacial Europea durante el mismo período.
Eta Carinae brilla en rayos X en esta imagen del Observatorio de rayos X Chandra de la NASA. Los colores indican diferentes energías. El rojo se extiende de 300 a 1, 000 electronvoltios (eV), el verde varía de 1, 000 a 3, 000 eV y cubiertas azules 3, 000 a 10, 000 eV. Para comparacion, la energía de la luz visible es de aproximadamente 2 a 3 eV. Las observaciones de NuSTAR (contornos verdes) revelan una fuente de rayos X con energías unas tres veces más altas que las que detecta Chandra. Los rayos X que se ven desde la fuente puntual central surgen de la colisión del viento estelar del binario. La detección de NuSTAR muestra que las ondas de choque en la zona de colisión del viento aceleran partículas cargadas como electrones y protones hasta cerca de la velocidad de la luz. Algunos de estos pueden llegar a la Tierra, donde serán detectados como partículas de rayos cósmicos. Los rayos X esparcidos por los escombros expulsados en la famosa erupción de 1840 de Eta Carinae pueden producir una emisión roja más amplia. Crédito:NASA / CXC y NASA / JPL-Caltech
Baja energía de Eta Carinae, o suave, Los rayos X provienen del gas en la interfaz de los vientos estelares en colisión, donde las temperaturas superan los 70 millones de grados Fahrenheit (40 millones de grados Celsius). Pero NuSTAR detecta una fuente que emite rayos X por encima de 30, 000 eV, unas tres veces más alto de lo que puede explicarse por las ondas de choque en los vientos en colisión. Para comparacion, la energía de la luz visible varía de aproximadamente 2 a 3 eV.
El análisis del equipo, presentado en un artículo publicado el lunes, 2 de julio, en Astronomía de la naturaleza , muestra que estos rayos X "duros" varían con el período orbital binario y muestran un patrón de producción de energía similar al de los rayos gamma observados por Fermi.
Los investigadores dicen que la mejor explicación para los rayos X duros y la emisión de rayos gamma son los electrones acelerados en ondas de choque violentas a lo largo del límite de los vientos estelares en colisión. Los rayos X detectados por NuSTAR y los rayos gamma detectados por Fermi surgen de la luz de las estrellas a la que se les da un gran impulso de energía por interacciones con estos electrones.
Algunos de los electrones ultrarrápidos, así como otras partículas aceleradas, deben escapar del sistema y tal vez algunos eventualmente vagan a la Tierra, donde pueden detectarse como rayos cósmicos.
"Sabemos desde hace algún tiempo que la región alrededor de Eta Carinae es la fuente de emisión energética en rayos X y rayos gamma de alta energía", dijo Fiona Harrison, el investigador principal de NuSTAR y profesor de astronomía en Caltech en Pasadena, California. "Pero hasta que NuSTAR pudo identificar la radiación, demuestre que proviene del binario y estudie sus propiedades en detalle, el origen fue misterioso ".
