Animación que muestra la variabilidad de la fuente de rayos X en llamarada descubierta. La intensidad de la fuente aumentó más de 1000 veces y luego disminuyó a la invisibilidad durante un período de unas pocas horas. Crédito:NASA / CXC / F. Bauer y col.
Un misterioso destello de rayos X ha sido descubierto por el Observatorio de rayos X Chandra de la NASA en la imagen de rayos X más profunda jamás obtenida. Esta fuente probablemente proviene de algún tipo de evento destructivo, pero puede ser de una variedad que los científicos nunca hayan visto antes.
La fuente de rayos X fue descubierta originalmente en octubre de 2014 por Bin Luo, un investigador postdoctoral de Penn State; Niel Brandt, el profesor Verne M. Willaman de astronomía y astrofísica y profesor de física en Penn State; y Franz Bauer, profesor asociado de astrofísica en la Pontificia Universidad Católica de Chile en Santiago, Chile. Desde entonces, Luo dejó el grupo de Brandt para convertirse en profesor de astronomía y ciencias espaciales en la Universidad de Nanjing en China. y Bauer había sido investigador postdoctoral en el grupo de Brandt de 2000 a 2003. Los datos se recopilaron utilizando el espectrómetro de imágenes CCD avanzado en Chandra, un instrumento concebido y diseñado por un equipo dirigido por el profesor emérito de astronomía y astrofísica Gordon Garmire de Penn State Evan Pugh.
"Esta fuente en llamas fue una maravillosa ventaja sorpresa que descubrimos accidentalmente en nuestros esfuerzos por explorar el reino poco entendido del universo de rayos X ultra tenue, ", dijo Brandt." Definitivamente 'tuvimos suerte' con este hallazgo y ahora tenemos un nuevo y emocionante fenómeno transitorio para explorar en los próximos años ".
Ubicado en una región del cielo conocida como Chandra Deep Field-South (CDF-S), la fuente de rayos X tiene propiedades notables. Antes de octubre de 2014, esta fuente no fue detectada en rayos X, pero luego estalló y se convirtió en al menos un factor de 1, 000 más brillante en unas pocas horas. Después de aproximadamente un día, la fuente se había desvanecido completamente por debajo de la sensibilidad de Chandra.
Miles de horas de datos heredados de los telescopios espaciales Hubble y Spitzer ayudaron a determinar que el evento provino de un desmayo, pequeña galaxia a unos 10,7 mil millones de años luz de la Tierra. Por unos pocos minutos, la fuente de rayos X produjo mil veces más energía que todas las estrellas de esta galaxia.
Imagen de rayos X del Chandra Deep Field-South, la región del cielo donde se descubrió la fuente de rayos X en llamas. Esta es la imagen de rayos X más profunda jamás creada, realizado con aproximadamente 7 millones de segundos de tiempo de observación con el Observatorio de rayos X Chandra de la NASA. La ubicación de la fuente de la llamarada, llamado 'CDF-S XT1, 'está marcado con la flecha blanca. La serie de pequeñas imágenes a lo largo de la parte inferior muestra la variabilidad de la fuente de rayos X en llamarada a lo largo del tiempo (con el tiempo aumentando de izquierda a derecha, que abarca un período de unas pocas horas). Crédito:NASA / CXC / F. Bauer y col.
"Desde que descubrí esta fuente, hemos estado luchando por comprender su origen, "dijo Bauer." Es como si tuviéramos un rompecabezas, pero no tenemos todas las piezas ".
Dos de las tres posibilidades principales para explicar la fuente de rayos X invocan eventos de explosión de rayos gamma (GRB). Los GRB son explosiones provocadas por el colapso de una estrella masiva o por la fusión de una estrella de neutrones con otra estrella de neutrones o un agujero negro. Si el chorro apunta hacia la Tierra, se detecta un estallido de rayos gamma. A medida que el jet se expande pierde energía y produce más débil, más radiación isotrópica en rayos X y otras longitudes de onda.
Posibles explicaciones para la fuente de rayos X CDF-S, según los investigadores, son un GRB que no apunta hacia la Tierra, o un GRB que se encuentra más allá de la pequeña galaxia. Una tercera posibilidad es que un agujero negro de tamaño mediano destrozara una estrella enana blanca.
"Ninguna de estas ideas se ajusta perfectamente a los datos, "dijo el coautor Ezequiel Treister, también de la Pontificia Universidad Católica, "pero entonces de nuevo, rara vez, si es que alguna vez, hemos visto alguna de las posibilidades propuestas en datos reales, así que no los entendemos bien en absoluto ".
La misteriosa fuente de rayos X no se vio durante los dos meses y medio de tiempo de exposición que Chandra ha observado en la región CDF-S, que se ha extendido durante los últimos 17 años. Es más, aún no se han encontrado eventos similares en las observaciones de Chandra de otras partes del cielo.
Imágenes de rayos X (izquierda) y ópticas (derecha) de la pequeña porción de cielo alrededor de la fuente de rayos X en llamas, hecho con el Observatorio de rayos X Chandra (CXO) y el Telescopio Espacial Hubble (HST), respectivamente. La posición de la fuente de rayos X destellante está en el centro de cada imagen, y las pequeñas barras de marcador blancas también muestran la ubicación de la fuente. Nota, en la imagen óptica, la debilidad de la galaxia que albergaba la fuente de rayos X en llamas, una pequeña galaxia a unos 10.700 millones de años luz de la Tierra. Crédito:NASA / CXC / F. Bauer y col.
Esta fuente de rayos X en el CDF-S tiene propiedades diferentes de las fuentes variables de rayos X aún inexplicables descubiertas en las galaxias elípticas NGC 5128 y NGC 4636 por Jimmy Irwin de la Universidad de Alabama y colaboradores de la Universidad de Alabama y colaboradores. En particular, la fuente de CDF-S probablemente esté asociada con la destrucción completa de una estrella de neutrones o una enana blanca, y es aproximadamente 100, 000 veces más luminosa en rayos X. También se encuentra en una galaxia anfitriona mucho más pequeña y más joven, y solo se detecta durante una ráfaga de varias horas.
"Es posible que hayamos observado un tipo completamente nuevo de evento cataclísmico, "dijo el coautor Kevin Schawinski, de ETH Zurich en Suiza. "Lo que sea que es, se necesitan muchas más observaciones para averiguar lo que estamos viendo ".
Búsquedas adicionales altamente específicas a través del archivo Chandra y las del satélite XMM-Newton de la ESA y Swift de la NASA pueden descubrir más ejemplos de este tipo de objeto variable que hasta ahora han pasado desapercibidos. Las futuras observaciones de rayos X de Chandra y otros observatorios de rayos X, como la sonda Einstein china planificada, también pueden revelar el mismo fenómeno de otros objetos.
Si la fuente de rayos X fue causada por un GRB provocado por la fusión de una estrella de neutrones con un agujero negro u otra estrella de neutrones, entonces también se habrían producido ondas gravitacionales. . Si tal evento ocurriera más cerca de la Tierra, puede ser detectado con el Observatorio de Ondas Gravitacionales del Interferómetro Láser (LIGO).
Un artículo detallado que describe este resultado aparece en la edición de junio de 2017 de Avisos mensuales de la Royal Astronomical Society y está disponible en línea.
El descubrimiento original fue informado brevemente en The Astronomer's Telegram en 2014 por Luo, Brandt, y Bauer.
