Los vientos estelares, el material de origen para el universo, son grumosos

Ilustración de un sistema binario de rayos X de gran masa formado por una estrella de neutrones compacta e increíblemente densa combinada con una estrella supergigante "normal" masiva. Los nuevos datos del Observatorio de rayos X Chandra de la NASA muestran que la estrella de neutrones en el binario de rayos X de gran masa, OAO 1657-415, pasó a través de una densa mancha de viento estelar de su estrella compañera, lo que demuestra la naturaleza grumosa de los vientos estelares. Crédito: NASA/CXC/M.Weiss

Los datos registrados por el observatorio de rayos X Chandra de la NASA sobre una estrella de neutrones a medida que pasaba a través de un denso parche de viento estelar que emanaba de su estrella compañera masiva proporcionan una valiosa información sobre la estructura y composición de los vientos estelares y sobre el entorno de la estrella de neutrones. Un documento que describe la investigación, dirigido por los astrónomos de Penn State, apareció el 15 de enero de 2019 en la revista, Monthly Notices of the 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, investigadora postdoctoral en astronomía y astrofísica en Penn State y autora 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 con grupos densos". 

La estrella de neutrones observada es parte de un sistema binario de rayos X de alta masa: la estrella de neutrones compacta e increíblemente densa combinada 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 con los materiales del viento estelar para producir rayos X secundarios de energías características a varias distancias de la estrella de neutrones. Los átomos de hierro neutros, no cargados, por ejemplo, producen rayos X de fluorescencia con energías de 6,4 kilovatios voltios (keV), aproximadamente 3000 veces la energía de la luz visible. Los astrónomos usan espectrómetros, como el instrumento en Chandra, 

"Los átomos de hierro neutros son un componente más común de las estrellas, por lo que generalmente vemos un gran pico de 6,4 keV en los datos de nuestros espectrómetros cuando observamos los rayos X de la mayoría de las estrellas de neutrones en un sistema binario de rayos X de alta masa", dijo Pradhan. "Cuando observamos los datos de rayos X del sistema binario de rayos X de gran masa conocido como OAO 1657-415, observamos que este pico a 6,4 keV tenía una característica inusual. El pico tenía una amplia extensión hasta 6,3 keV. La extensión se conoce como un 'hombro 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 gran masa en el que dicha característica ha sido detectado. " 

Los investigadores también utilizaron la ingeniería de vanguardia de Chandra para identificar un límite inferior en la distancia de la estrella de neutrones en 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, desde 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 respaldan la naturaleza grumosa de los vientos estelares", dijo Pradhan. "Además, la detección del hombro Compton también nos ha permitido mapear el entorno alrededor de esta estrella de neutrones. Esperamos poder mejorar nuestra comprensión de este fenómeno con el próximo lanzamiento de naves espaciales como Lynx y Athena, que habrán mejorado X- Resolución espectral de rayos. 

Para el trabajo postdoctoral de Pradhan en Penn State bajo la supervisión del Profesor de Astronomía y Astrofísica, David Burrows, Profesor de Investigación Asociado de Astronomía y Astrofísica, Jamie Kennea, y Profesor de Investigación de Astronomía y Astrofísica, Abe Falcone, está involucrada principalmente en la escritura de algoritmos para - Detección en tablero de rayos X de eventos astronómicos transitorios, como los que se ven en 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 gran masa con otro satélite de la NASA, NuSTAR, que cubrirá un espectro más amplio de rayos X de esta fuente con un rango de 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 en la Tierra". 

Fuente: Penn State,