La misión NuSTAR de la NASA demuestra que la superestrella Eta Carinae dispara rayos cosmicos

La gran erupción de Eta Carinae en 1840 creó la ondulada Nebulosa del Homunculo, fotografiada aquí por el Hubble. No es ni un año luz de grande, la nube en expansión contiene suficiente material para al menos hacer diez réplicas de nuestro Sol. Los astrónomos aun no pueden explicar la causa de esta explosión. Credito: NASA, ESA, and the Hubble SM4 ERO Team.

Una nueva investigación que ha utilizado datos del telescopio espacial NuSTAR de la NASA, indica que Eta Carinae, el sistema estelar más luminoso y masivo en 10.000 años luz de la Tierra, estaría disparando partículas con una gran energía – algunas de las cuales podría alcanzar nuestro planeta en forma de rayos cósmicos.

“sabemos que las ondas expansivas de estrellas que han explosionado pueden crear partículas de rayos cósmicos aceleradas a velocidades comprables a al de la luz, lo que es un increíble impulso energético,” dijo Kenji Hamaguchi, un astrofísico del Goddard Space Flight Center de la NASA en Greenbelt, Maryland, siendo el autor principal del estudio. “Procesos parecidos deben de ocurrir en otros entornos extremos. Nuestro estudio indica que Eta Carinae es uno de estos.” 

Los astrónomos saben que los rayos cósmicos con energías superiores a 1 billón de electrovoltios eV llegan hasta nosotros de más allá del Sistema Solar. Pero debido a que estas partículas (electrones, protones y núcleos atómicos) poseen una carga eléctrica, son desviadas de su curso cuando encuentran campos magnéticos. Esto perturba sus caminos y enmascara sus orígenes. 

Eta Carinae está situada a 7.500 años luz de distancia en la Constelación del Sur de Carina, la cual es famosa debido a un estallido que tuvo en el siglo XIX, convirtiéndola momentáneamente en la segunda estrella más brillante del firmamento. Además, este evento expulso una nebulosa masiva en forma de reloj de arena, aunque la causa de dicha erupción sigue siendo poco entendida.

El sistema contiene una pareja de estrellas masivas cuyas orbitas excéntricas las acerca de una forma inusual cada 5,5 años. Estas estrellas poseen una masa de 90 y de 30 veces la masa del Sol, pasando a 225 millones de kilómetros entre ellas en su aproximación más cercana – aproximadamente la distancia media entre el Sol y Marte.

“Ambas estrellas de Eta Carinae mueven poderosos flujos de salida llamados vientos estelares,” dijo el miembro del equipo Michael Corcoran. “[la localización] donde estos vientos chocan durante el ciclo orbital, en lo que produce una señal periódica de rayos x de baja energía que hemos estado rastreando por más de dos décadas. 

El Telescopio Espacial de Rayos Gamma Fermi de la NASA también ha observado un cambio en los rayos gamma – luz que envuelve muchas más energía que los rayos-X – de una fuente desde la dirección de Carinae. No obstante, la visión de Fermi no es tan nítida como la de los rayos-X por lo que los astrónomos no acaban de confirmar dicha conexión. 

Para cerrar la brecha entre el rastreo de rayos-X y las observaciones de Fermi, Hamaguchi y sus compañeros han recurrido a NuSTAR. Este fue lanzado en el 2012, NuSTAR puede enfocar rayos-X de mucha más energía que ninguno de sus antecesores. Utilizando datos recientemente adquiridos y de los archivados, el quipo examino las observaciones de NuSTAR de entre marzo de 2014 y junio de 2016, junto a observaciones de rayos-X de la satélite XMM-Newton de la Agencia Europea Espacial a lo largo del mismo periodo.

Los rayos-X de baja energía de Eta Carinae se originan del gas en la interfaz de los vientos estelares en donde se alcanzan temperaturas que exeden los 70 millones de grados Fahrenheit (40 millones de grados Celsius). Pero NuSTAR detecta una fuente emitiendo rayos-X por encima de los 30.000 electrovoltios eV siendo unas tres veces superior de lo que se puede explicar por medio de las ondas de choque en las ondas de colisión. En comparación, la luz energía de la luz visible tan solo varia de entre 2 a 3 electrovoltios. 

Eta Carinae brilla en esta imagen de rayos-X del observatorio de la NASA de Rayos-X Chandra. Los colores indican las diferentes energías. Rojo abarca de 300 a 1.000 electrovoltios (eV), verde de entre 1.000 a los 3.000 eV y el azul de los 3.000 a los 10.000 eV. En comparación, la energía visible de la luz es de tan solo 2 a 3 eV. Las observaciones de NuSTAR (contornos verdes) muestran la fuente de rayos-X con energías de más de tres veces que puede detectar Chandra. Los rayos-X vistos desde la fuente del punto central surgen de las colisiones de vientos estelares de las binarias. La detección de NuSTAR muestra que ondas expansivas en la zona de los choques del viento, acelerando partículas como electrones y neutrones a velocidades cerca de la de la luz.  Alguna de estas podría llegar a la Tierra en donde se detectarían como partículas de rayos cósmicos. Los rayos-X esparcidos por el material expulsado en la famosa explosión de Eta Carinae de 1840 podría producir la emisión mas ancha en rojo. Credit: NASA/CXC and NASA/JPL-Caltech.  

La conclusión del equipo, que ha sido presentado en un artículo de astronomía el 2 de julio en Nature, muestra que estas radiografías “duras” varían con el periodo orbital binario mostrando un patrón similar en cuanto a la producción energética de los rayos gamma observados por Fermi.

Los investigadores dicen que la mejor explicación tanto para la emisión de rayos-X como para los de rayos gamma es la de la aceleración de electrones en violentas ondas de choque a lo largo del límite de los vientos estelares en colisión. Los rayos-X detectados por NuSTAR y los rayos gamma por Fermi provienen de la luz de las estrellas que les ha sido dada un gran impulso de energía por las interacciones con estos electrones.

Algunos de los electrones superrápidos tanto como otras partículas, deben de escapar del sistema, y quizás eventualmente alguno llegue errante hasta la tierra, en donde pueden ser detectados como rayos cósmicos. 

“hace tiempo que conocemos que esa región alrededor de Eta Carinae es una fuente de emisión de emisión energética de raos-X y Gamma de alta energía.” Dijo Fiona Harrison, investigadora principal de NuSTAR y profesora de astronomía en Caltech en Pasadena, California. “Pero hasta que NuSTAR pudo determinar con precisión la radiación demostrar que el origen provenía del binario y estudiar sus propiedades, su procedencia fue misteriosa.”

Fuentes: NuSTAR, NASA, Wikipedia