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    Ver algunos emisores de rayos X cósmicos podría ser una cuestión de perspectiva

    Esta ilustración muestra SS 433, un agujero negro o una estrella de neutrones, mientras aleja material de su estrella compañera. El material estelar forma un disco alrededor de SS 433, y parte del material se expulsa al espacio en forma de dos chorros delgados (rosa) que viajan en direcciones opuestas alejándose de SS 433. Crédito:DESY / Science Communication Lab

    Es difícil pasar por alto el rayo de una linterna que te apunta directamente. Pero ese rayo visto de lado parece significativamente más tenue. Lo mismo ocurre con algunos objetos cósmicos:como una linterna, irradian principalmente en una dirección, y se ven dramáticamente diferentes dependiendo de si el rayo apunta lejos de la Tierra (y los telescopios espaciales cercanos) o directamente hacia ella.

    Nuevos datos del observatorio espacial NuSTAR de la NASA indican que este fenómeno es cierto para algunos de los emisores de rayos X más destacados del universo local:fuentes de rayos X ultraluminosos, o ULX. La mayoría de los objetos cósmicos incluyendo estrellas, irradian poca luz de rayos X, particularmente en el rango de alta energía visto por NuSTAR. ULX, por el contrario, son como faros de rayos X que atraviesan la oscuridad. Para ser considerado ULX, una fuente debe tener una luminosidad de rayos X que sea aproximadamente un millón de veces más brillante que la salida total de luz del Sol (en todas las longitudes de onda). Los ULX son tan brillantes se pueden ver a millones de años luz de distancia, en otras galaxias.

    El nuevo estudio muestra que el objeto conocido como SS 433, ubicado en la galaxia de la Vía Láctea y sólo unos 20, 000 años luz de la Tierra, es un ULX, aunque parece ser aproximadamente 1, 000 veces más tenue que el umbral mínimo para ser considerado uno.

    Este desmayo es un truco de perspectiva, Según el estudio:Los rayos X de alta energía de SS 433 están inicialmente confinados dentro de dos conos de gas que se extienden hacia afuera desde lados opuestos del objeto central. Estos conos son similares a un cuenco reflejado que rodea la bombilla de una linterna:acorralan la luz de rayos X del SS 433 en un haz estrecho, hasta que escape y sea detectado por NuSTAR. Pero debido a que los conos no apuntan directamente a la Tierra, NuSTAR no puede ver el brillo total del objeto.

    Si un ULX relativamente cerca de la Tierra puede ocultar su verdadero brillo debido a cómo está orientado, entonces es probable que haya más ULX, particularmente en otras galaxias, disfrazados de manera similar. Eso significa que la población total de ULX debería ser mucho mayor de lo que los científicos observan actualmente.

    Esta animación ilustra cómo SS 433, que contiene una fuente de luz brillante rodeada por dos estructuras en forma de cuenco, se inclina hacia adelante y hacia atrás en su órbita. Como con una linterna, la luz del SS 433 parece mucho más tenue cuando se ve desde un lado. Crédito:NASA / JPL-Caltech

    Cono de oscuridad

    Se han encontrado alrededor de 500 ULX en otras galaxias, y su distancia de la Tierra significa que a menudo es casi imposible saber qué tipo de objeto genera la emisión de rayos X. Es probable que los rayos X provengan de una gran cantidad de gas que se calienta a temperaturas extremas cuando es atraído por la gravedad de un objeto muy denso. Ese objeto podría ser una estrella de neutrones (los restos de una estrella colapsada) o un pequeño agujero negro, uno que no sea más de unas 30 veces la masa de nuestro Sol. El gas forma un disco alrededor del objeto, como agua dando vueltas a un desagüe. La fricción en el disco aumenta la temperatura, haciendo que irradie, a veces se vuelve tan caliente que el sistema hace erupción con rayos X. Cuanto más rápido caiga el material sobre el objeto central, cuanto más brillantes son los rayos X.

    Los astrónomos sospechan que el objeto en el corazón de SS 433 es un agujero negro de aproximadamente 10 veces la masa de nuestro Sol. Lo que se sabe con certeza es que está canibalizando una gran estrella cercana, su gravedad extrae material a un ritmo rápido:en un solo año, SS 433 roba el equivalente a unas 30 veces la masa de la Tierra de su vecino, lo que lo convierte en el agujero negro o estrella de neutrones más codiciosos conocidos en nuestra galaxia.

    "Se sabe desde hace mucho tiempo que esta cosa está comiendo a un ritmo fenomenal, ", dijo Middleton." Esto es lo que distingue a los ULX de otros objetos, y es probable que sea la causa principal de la gran cantidad de rayos X que vemos en ellos ".

    El objeto en SS 433 tiene ojos más grandes que su estómago:está robando más material del que puede consumir. Parte del material sobrante se expulsa del disco y forma dos hemisferios en lados opuestos del disco. Dentro de cada uno hay un vacío en forma de cono que se abre al espacio. Estos son los conos que acorralan la luz de rayos X de alta energía en un rayo. Cualquiera que mire directamente hacia uno de los conos verá un ULX obvio. Aunque compuesto solo de gas, los conos son tan gruesos y masivos que actúan como paneles de plomo en una sala de proyección de rayos X y evitan que los rayos X los atraviesen hacia un lado.

    El objeto cósmico SS 433 contiene una fuente brillante de luz de rayos X rodeada por dos hemisferios de gas caliente. El gas acorrala la luz en haces que apuntan en direcciones opuestas lejos de la fuente. SS 433 se inclina periódicamente, provocando que un haz de rayos X apunte hacia la Tierra. Crédito:NASA / JPL-Caltech

    Los científicos han sospechado que algunos ULX podrían estar ocultos a la vista por esta razón. SS 433 brindó una oportunidad única de probar esta idea porque, como un trompo, se tambalea sobre su eje, un proceso que los astrónomos llaman precesión.

    La mayor parte del tiempo ambos conos de SS 433 apuntan muy lejos de la Tierra. Pero debido a la forma en que SS 433 prosigue, un cono se inclina ligeramente hacia la Tierra periódicamente, para que los científicos puedan ver un poco de luz de rayos X que sale de la parte superior del cono. En el nuevo estudio, los científicos observaron cómo cambian los rayos X vistos por NuSTAR a medida que se mueve SS 433. Muestran que si el cono continuaba inclinándose hacia la Tierra para que los científicos pudieran mirar hacia abajo, verían suficiente luz de rayos X para llamar oficialmente SS 433 ULX.

    Los agujeros negros que se alimentan a velocidades extremas han dado forma a la historia de nuestro universo. Agujeros negros supermasivos que son de millones a miles de millones de veces la masa del Sol, pueden afectar profundamente a su galaxia anfitriona cuando se alimentan. Temprano en la historia del universo, algunos de estos enormes agujeros negros pueden haberse alimentado tan rápido como SS 433, liberando enormes cantidades de radiación que remodelaron los entornos locales. Los flujos de salida (como los conos en SS 433) redistribuyeron la materia que eventualmente podría formar estrellas y otros objetos.

    Ilustración de la nave espacial NuSTAR, que tiene un mástil de 30 pies (10 metros) que separa los módulos ópticos (derecha) de los detectores en el plano focal (izquierda). Esta separación es necesaria para el método utilizado para detectar rayos X. Crédito:NASA / JPL-Caltech

    Pero debido a que estos gigantes de consumo rápido residen en galaxias increíblemente distantes (la que está en el corazón de la Vía Láctea no está comiendo mucho actualmente), siguen siendo difíciles de estudiar. Con SS 433, Los científicos han encontrado un ejemplo en miniatura de este proceso, mucho más cerca de casa y mucho más fácil de estudiar, y NuSTAR ha proporcionado nuevos conocimientos sobre la actividad que ocurre allí.

    "Cuando lanzamos NuSTAR, No creo que nadie esperaba que los ULX fueran un área de investigación tan rica para nosotros, "dijo Fiona Harrison, investigador principal de NuSTAR y profesor de física en Caltech en Pasadena, California. "Pero NuSTAR es único porque puede ver casi todo el rango de longitudes de onda de rayos X emitidas por estos objetos, y eso nos da una idea de los procesos extremos que deben conducirlos ".

    NuSTAR es una misión Small Explorer dirigida por Caltech y administrada por el Laboratorio de Propulsión a Chorro de la NASA, una división de Caltech, para la Dirección de Misión Científica de la agencia en Washington. NuSTAR fue desarrollado en asociación con la Universidad Técnica Danesa y la Agencia Espacial Italiana (ASI). La nave espacial fue construida por Orbital Sciences Corporation en Dulles, Virginia (ahora parte de Northrop Grumman). El centro de operaciones de la misión de NuSTAR se encuentra en la Universidad de California, Berkeley, y el archivo de datos oficial se encuentra en el Centro de Investigación del Archivo Científico de Astrofísica de Alta Energía de la NASA. ASI proporciona la estación terrestre de la misión y un archivo espejo.


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