En la década de 1980, Los investigadores comenzaron a descubrir fuentes de rayos X extremadamente brillantes en las porciones externas de las galaxias. lejos de los agujeros negros supermasivos que dominan sus centros. En primer lugar, los investigadores pensaron que estos objetos cósmicos, llamadas fuentes de rayos X ultraluminosas, o ULX, eran grandes agujeros negros con más de diez veces la masa del sol. Pero las observaciones que comenzaron en 2014 del NuSTAR de la NASA y otros telescopios espaciales muestran que algunos ULX, que brillan con luz de rayos X igual en energía a millones de soles, son en realidad estrellas de neutrones, los núcleos quemados de estrellas masivas que explotaron. Hasta ahora se han identificado tres ULX de este tipo como estrellas de neutrones.

Ahora, un equipo dirigido por Caltech que utilizó datos del Observatorio de rayos X Chandra de la NASA identificó una cuarta ULX como una estrella de neutrones y encontró nuevas pistas sobre cómo estos objetos pueden brillar tan intensamente.

Las estrellas de neutrones son objetos extremadamente densos:una cucharadita pesaría alrededor de mil millones de toneladas, o tanto como una montaña. Su gravedad atrae el material circundante de las estrellas compañeras hacia ellos, y mientras se tira de este material, se calienta y brilla con rayos X. Pero a medida que las estrellas de neutrones se "alimentan" de la materia, llega un momento en que la luz de rayos X resultante aleja la materia. Los astrónomos llaman a este punto, cuando los objetos no pueden acumular materia más rápido y emitir más rayos X, el límite de Eddington.

"De la misma manera que solo podemos comer una cantidad limitada de alimentos a la vez, hay límites a la rapidez con la que las estrellas de neutrones pueden acumular materia, "dice Murray Brightman, becario postdoctoral en Caltech y autor principal de un nuevo informe sobre los hallazgos en Astronomía de la naturaleza . "Pero los ULX de alguna manera están rompiendo este límite para emitir rayos X increíblemente brillantes, y no sabemos por qué ".

En el nuevo estudio, los investigadores observaron un ULX en la galaxia Whirlpool, también conocido como M51, que se encuentra a unos 28 millones de años luz de distancia. Analizaron los datos de rayos X de archivo tomados por Chandra y descubrieron una caída inusual en el espectro de luz del ULX. Después de descartar todas las demás posibilidades, descubrieron que la caída se debía a un fenómeno llamado dispersión por resonancia de ciclotrón, lo que ocurre cuando las partículas cargadas, ya sean protones cargados positivamente o electrones cargados negativamente, circulan en un campo magnético. Los agujeros negros no tienen campos magnéticos y las estrellas de neutrones sí, por lo que el hallazgo reveló que este ULX en particular en M51 tenía que ser una estrella de neutrones.

La dispersión por resonancia de ciclotrón crea firmas reveladoras en el espectro de luz de una estrella y la presencia de estos patrones, llamadas líneas de ciclotrón, puede proporcionar información sobre la fuerza del campo magnético de la estrella, pero solo si la causa de las líneas, ya sean protones o electrones, es conocida. Los investigadores no tienen un espectro lo suficientemente detallado del nuevo ULX como para decirlo con certeza.

"Si la línea del ciclotrón es de protones, entonces sabemos que estos campos magnéticos alrededor de la estrella de neutrones son extremadamente fuertes y de hecho pueden estar ayudando a romper el límite de Eddington, “Dice Brightman. Campos magnéticos tan fuertes podrían reducir la presión de los rayos X de un ULX, la presión que normalmente empuja la materia, permitiendo que la estrella de neutrones consuma más materia de la típica y brille con los rayos X extremadamente brillantes.

Si la línea del ciclotrón es de electrones circulando, a diferencia de, entonces la fuerza del campo magnético alrededor de la estrella de neutrones no sería excepcionalmente fuerte, y por lo tanto, el campo probablemente no sea la razón por la que estas estrellas rompen el límite de Eddington. Para abordar aún más el misterio, los investigadores planean adquirir más datos de rayos X en el ULX en M51 y buscar más líneas de ciclotrón en otros ULX.

"El descubrimiento de que estos objetos muy brillantes, Durante mucho tiempo se pensó que eran agujeros negros con masas de hasta 1, 000 veces mayor que el sol, están alimentados por estrellas de neutrones mucho menos masivas, fue una gran sorpresa científica, "dice Fiona Harrison, El profesor de física Benjamin M. Rosen de Caltech; el presidente de liderazgo de Kent y Joyce Kresa de la División de Física, Matemáticas y Astronomía; y el investigador principal de la misión NuSTAR. "Ahora, en realidad, podríamos estar obteniendo pistas físicas firmes sobre cómo estos pequeños objetos pueden ser tan poderosos".