El VLA descubre un poderoso chorro del tipo de estrella "equivocada"

Artist's conception shows magnetic field lines around neutron star, accretion disk of material orbiting the neutron star, and jets of material propelled outward. Credit: ICRAR/Universiteit van Amsterdam

Astrónomos usando el Very Large Array (VLA) Karl G. Jansky de la National Science Foundation han descubierto un chorro de material que se mueve rápidamente hacia afuera de un tipo de estrella de neutrones que antes se creía incapaz de lanzar un jet de este tipo. El descubrimiento, según los científicos, requiere que revisen fundamentalmente sus ideas sobre cómo se originan dichos chorros. 

Las estrellas de neutrones son objetos superdensos, los restos de estrellas masivas que explotaron como supernovas. Cuando están en pares binarios con estrellas "normales", su poderosa gravedad puede alejar el material de sus compañeros. Ese material forma un disco, llamado disco de acreción, que gira alrededor de la estrella de neutrones. Los chorros de material se propulsan casi a la velocidad de la luz, perpendicular al disco. 

"Hemos visto chorros provenientes de todo tipo de estrellas de neutrones que extraen material de sus compañeros, con una sola excepción. Nunca antes habíamos visto un chorro procedente de una estrella de neutrones con un campo magnético muy fuerte ", dijo Jakob van den Eijnden de la Universidad de Amsterdam. "Eso condujo a la teoría de que los campos magnéticos fuertes impiden la formación de chorros", agregó. 

El nuevo descubrimiento contradice esa teoría. 

Concepción artística que ilustra la estrella de neutrones superdensa, a la derecha, extrayendo material de su compañero "normal". El material forma un disco de acreción que gira alrededor de la estrella de neutrones. Los chorros de material se lanzan perpendiculares al disco. Crédito: ICRAR / Universiteit van Amsterdam

Los científicos estudiaron un objeto llamado Swift J0243.6 + 6124 (Sw J0243), descubierto el 3 de octubre de 2017, por el observatorio Swift Neil Gehrels Swift de la NASA, cuando el objeto emitió una ráfaga de rayos X. El objeto es una estrella de neutrones de giro lento que extrae material de una estrella compañera que es significativamente más masiva que el Sol. Las observaciones del VLA comenzaron una semana después del descubrimiento de Swift y continuaron hasta enero de 2018. 

Tanto el hecho de que la emisión del objeto en rayos X y las longitudes de onda de radio se debilitaron con el tiempo y las características de la emisión de radio convencieron a los astrónomos de que estaban viendo ondas de radio producidas por un chorro. 

"Esta combinación es lo que vemos en otros sistemas de producción de chorros. Los mecanismos alternativos simplemente no lo explican ", dijo van den Eijnden. 

Las teorías comunes para la formación de chorros en sistemas como Sw J0243 dicen que los chorros son lanzados por líneas de campo magnético ancladas en las partes internas de los discos de acreción. En este escenario, si la estrella de neutrones tiene un campo magnético muy fuerte, ese campo es abrumador e impide que se forme el chorro. 

"Nuestro claro descubrimiento de un chorro en Sw J0243 refuta esa idea duradera", dijo van den Eijnden. 

Alternativamente, los científicos sugieren que la región de lanzamiento de chorro de Sw J0243 del disco de acreción podría estar mucho más lejos que en otros tipos de sistemas, donde el campo magnético de la estrella es más débil. Otra idea, dijeron, es que los chorros pueden ser impulsados ​​por la rotación de la estrella de neutrones, en lugar de ser lanzados por líneas de campo magnético en el disco de acreción interno. 

Impresión artística de la estrella de neutrones en Swift J0243.6 + 6124. La estrella de neutrones tiene un campo magnético muy fuerte que impide que el disco de acreción llegue hasta la superficie de la estrella de neutrones. Parte del gas en el disco se canaliza a lo largo de las líneas del campo magnético hacia los polos magnéticos de la estrella de neutrones, dando lugar a la emisión de rayos X que vemos como pulsos breves y regulares de rayos X cuando la estrella gira una vez cada 10 segundos. Crédito: ICRAR / Universidad de Amsterdam.

"Curiosamente, la idea impulsada por rotación predice que el jet será significativamente más débil a partir de estrellas de neutrones que giran más lentamente, que es exactamente lo que vemos en Sw J0243", dijo Nathalie Degenaar, también de la Universidad de Amsterdam. 

El nuevo descubrimiento también implica que Sw J0243 puede representar un gran grupo de objetos cuyas emisiones de radio han sido demasiado débiles para detectar hasta que estén disponibles nuevas capacidades proporcionadas por la actualización principal del VLA, completada en 2012. Si se encuentran más objetos de este tipo, dijeron los científicos, podrían poner a prueba la idea de que los chorros son producidos por el giro de la estrella de neutrones. 

Los astrónomos agregaron que un chorro de SwJ0243 podría significar que otra categoría de objetos, llamados púlsares de rayos X ultra luminosos, también altamente magnetizados, podrían producir chorros. 

"Este descubrimiento no solo significa que tenemos que revisar nuestras ideas sobre los chorros de dichos sistemas, sino que también abre nuevas áreas de investigación", dijo Degenaar. 

Van den Eijnden, Degenaar y sus colegas informan sobre su descubrimiento en la revista Nature. 

El Observatorio Nacional de Radioastronomía es una instalación de la National Science Foundation, operada bajo el acuerdo cooperativo de Associated Universities, Inc. 

Fuente: NRAO