Los datos registrados por el Observatorio de rayos X Chandra de la NASA de una estrella de neutrones a su paso a través de un denso parche de viento estelar que emana de su estrella compañera masiva proporcionan información valiosa sobre la estructura y composición de los vientos estelares y sobre el entorno de la propia estrella de neutrones. Un artículo que describe la investigación, dirigido por astrónomos de Penn State, aparece el 15 de enero, 2019, en el diario, Avisos mensuales de la Royal Astronomical Society .

"Los vientos estelares son el material de flujo rápido, compuesto de protones, electrones, y átomos de metal, expulsados ​​de las estrellas, "dijo Pragati Pradhan, investigador postdoctoral en astronomía y astrofísica en Penn State y autor principal del artículo. "Este material enriquece el entorno de la estrella con metales, energía cinética, y radiación ionizante. Es el material de origen para la formación de estrellas. Hasta la última década se pensaba que los vientos estelares eran homogéneos, pero estos datos de Chandra proporcionan evidencia directa de que los vientos estelares están poblados de densos grupos ".

La estrella de neutrones observada es parte de un sistema binario de rayos X de gran masa:el compacto, estrella de neutrones increíblemente densa emparejada con una estrella supergigante "normal" masiva. Las estrellas de neutrones en sistemas binarios producen rayos X cuando el material de la estrella compañera cae hacia la estrella de neutrones y se acelera a altas velocidades. Como resultado de esta aceleración, Se producen rayos X que pueden interactuar a su vez con los materiales del viento estelar para producir rayos X secundarios de energías distintivas a varias distancias de la estrella de neutrones. Átomos de hierro neutros, sin carga, por ejemplo, producir rayos X de fluorescencia con energías de 6,4 kiloelectronvoltios (keV), aproximadamente 3000 veces la energía de la luz visible. Los astrónomos usan espectrómetros, como el instrumento en Chandra, para capturar estos rayos X y separarlos en función de su energía para aprender sobre la composición de las estrellas.

"Los átomos de hierro neutros son un componente más común de las estrellas, por lo que generalmente vemos un pico grande a 6.4 keV en los datos de nuestros espectrómetros cuando miramos los rayos X de la mayoría de las estrellas de neutrones en un sistema binario de rayos X de alta masa, ", dijo Pradhan." Cuando miramos los datos de rayos X del sistema binario de rayos X de alta masa conocido como OAO 1657-415, vimos que este pico de 6,4 keV tenía una característica inusual. El pico tenía una amplia extensión hasta 6,3 keV. Esta extensión se conoce como "hombro de Compton" e indica que los rayos X del hierro neutro están siendo dispersados ​​por la materia densa que rodea a la estrella. Este es solo el segundo sistema binario de rayos X de alta masa en el que se ha detectado tal característica ".

Los investigadores también utilizaron la ingeniería de vanguardia de Chandra para identificar un límite inferior en la distancia desde la estrella de neutrones a la que se forman los rayos X del hierro neutro. Su análisis espectral mostró que el hierro neutro se ioniza al menos 2,5 segundos luz, una distancia de aproximadamente 750 millones de metros o casi 500, 000 millas, de la estrella de neutrones para producir rayos X.

"En este trabajo, Vemos una atenuación de los rayos X de la estrella de neutrones y una línea prominente del hierro neutro en el espectro de rayos X:dos firmas que apoyan la naturaleza grumosa de los vientos estelares. "dijo Pradhan." Además, la detección del hombro de Compton también nos ha permitido mapear el entorno alrededor de esta estrella de neutrones. Esperamos poder mejorar nuestra comprensión de estos fenómenos con el próximo lanzamiento de naves espaciales como Lynx y Athena, que habrá mejorado la resolución espectral de rayos X ".

Para el trabajo postdoctoral de Pradhan en Penn State bajo la supervisión del profesor de astronomía y astrofísica David Burrows, Profesor asociado de investigación de astronomía y astrofísica Jamie Kennea, y profesor investigador de astronomía y astrofísica Abe Falcone, Ella está principalmente involucrada en la escritura de algoritmos para la detección a bordo de rayos X de eventos astronómicos transitorios, como los que se ven desde estos sistemas binarios de rayos X de alta masa para instrumentos que estarán en la nave espacial Athena.

Pradhan y su equipo también tienen una campaña de seguimiento que analiza el mismo binario de rayos X de alta masa con otro satélite de la NASA:NuSTAR, que cubrirá un espectro más amplio de rayos X de esta fuente con energías de ~ 3 a 70 keV, en mayo de 2019.

"También estamos entusiasmados con la próxima observación de NuSTAR, ", dijo Pradhan." Tales observaciones en rayos X duros agregarán otra dimensión a nuestra comprensión de la física de este sistema y tendremos la oportunidad de estimar el campo magnético de la estrella de neutrones en OAO 1657-415, que es probablemente un millón de veces más fuerte que el campo magnético más fuerte de la Tierra ".