Colisión cósmica forja un "Anillo Único” galáctico en rayos X

Astrónomos han utilizado el Observatorio de rayos X Chandra de la NASA para descubrir un anillo de agujeros negros o estrellas de neutrones en una galaxia a 300 millones de años luz de la Tierra. 

Este anillo, aunque no ejerce poder sobre la “Tierra Media”, puede ayudar a los científicos a comprender mejor lo que sucede cuando las galaxias se estrellan entre sí en impactos catastróficos. 

En esta nueva imagen compuesta de la galaxia AM 0644-741 (AM 0644 para abreviar), los rayos X de Chandra ( violeta ) se combinaron con datos ópticos del Telescopio Espacial Hubble de la NASA (rojo, verde y azul). Los datos de Chandra revelan la presencia de fuentes de rayos X muy brillantes, probablemente sistemas binarios alimentados por un agujero negro de masa estelar o una estrella de neutrones , en un anillo notable. Los resultados se dieron a conocer en un nuevo documento dirigido por Anna Wolter de INAF-Osservatorio Astronomico di Brera en Milano, Italia. 

¿De dónde vino el anillo de agujeros negros o estrellas de neutrones en AM 0644? Los astrónomos piensan que fue creado cuando una galaxia fue arrastrada a otra galaxia por la fuerza de la gravedad. La primera galaxia generó ondas en el gas de la segunda galaxia, AM 0644, que se encuentra en la parte inferior derecha. Estas ondas produjeron un anillo de gas en expansión en AM 0644 que desencadenó el nacimiento de nuevas estrellas. La primera galaxia es posiblemente la que se encuentra en la parte inferior izquierda de la imagen. 

La más masiva de estas estrellas incipientes llevará vidas cortas, en términos cósmicos, de millones de años. Después de eso, su combustible nuclear se agotará y las estrellas explotan como supernovas dejando ya sea agujeros negros con masas típicamente de entre cinco a veinte veces la del Sol, o estrellas de neutrones con una masa aproximadamente igual a la del Sol. 

Algunos de estos agujeros negros o estrellas de neutrones tienen estrellas compañeras cercanas, y gas sifón de su compañero estelar. Este gas cae hacia el agujero negro o la estrella de neutrones, formando un disco giratorio como el agua que rodea un desagüe y se calienta por la fricción. Este gas sobrecalentado produce grandes cantidades de rayos X que Chandra puede detectar. 

Mientras que un anillo de agujeros negros o estrellas de neutrones es intrigante en sí mismo, hay más en la historia de AM 0644. Todas las fuentes de rayos X detectadas en el anillo de AM 0644 son lo suficientemente brillantes como para clasificarse como fuentes de rayos X ultraluminosas (ULX). Esta es una clase de objetos que produce cientos o miles de veces más rayos X que la mayoría de los sistemas binarios "normales" en los que una estrella compañera está en órbita alrededor de una estrella de neutrones o un agujero negro. Hasta hace poco, la mayoría de los astrónomos pensaban que los ULX generalmente contenían agujeros negros de masa estelar, con la posible presencia en algunos casos de agujeros negros de masa intermedia (IMBH) que contienen más de cien veces la masa del sol. Sin embargo, este pensamiento se anuló cuando algunos ULX en otras galaxias, incluyendo M82 y M51, se encontraron que contienen estrellas de neutrones. 

Image credit: X-ray: NASA/CXC/INAF/A. Wolter et al; Optical: NASA/STScI

Se han sugerido varias otras explicaciones además de los IMBH para la emisión intensa de rayos X de los ULX. Incluyen el crecimiento inusualmente rápido del agujero negro o la estrella de neutrones, o efectos geométricos que surgen del embudo del material que ingresa a lo largo de las líneas del campo magnético. 

La identidad de los ULX individuales en AM 0644 es actualmente desconocida. Pueden ser una mezcla de agujeros negros y estrellas de neutrones, y también es posible que sean todos agujeros negros o todas las estrellas de neutrones. 

No todas las fuentes de rayos X en la imagen están situados en el anillo de AM 0644. Una de las fuentes es un agujero negro de rápido crecimiento que se encuentra muy por detrás de la galaxia a una distancia de 9,1 mil millones de años luz de la Tierra. Otra fuente intrigante detectada por Chandra es un creciente agujero negro supermasivo ubicado en el centro de la galaxia. En el nuevo estudio, los investigadores también utilizaron observaciones de Chandra para estudiar otras seis galaxias de anillo, además de AM 0644. Se detectaron un total de 63 fuentes en las siete galaxias, y 50 de ellos son ULXs. Los autores ven un número promedio mayor de ULX por galaxia en estas galaxias circulares que en otros tipos de galaxias. Las galaxias en anillo han estimulado el interés de los astrónomos porque son bancos de pruebas ideales para examinar modelos de cómo se forman las estrellas dobles y comprender el origen de los ULX. 

El documento que describe el estudio de AM 0644 y sus galaxias hermanas anulares apareció en la edición del 10 de agosto de 2018 del Astrophysical Journal y está disponible en línea . Los coautores del artículo son Antonella Fruscione del Centro Harvard-Smithsonian de Astrofísica en Cambridge, Massachusetts, y Michela Mapelli del INAF-Observatorio Astronómico de Padua en Padua, Italia. 

El Centro Marshall para Vuelos Espaciales de la NASA en Huntsville, Alabama, administra el programa Chandra para la Dirección de Misiones Científicas de la NASA en Washington. El Observatorio Astrofísico Smithsonian de Cambridge, Massachusetts, controla la ciencia y las operaciones de vuelo de Chandra. 

Fuente: NASA, Chandra X-ray Observatory,