La NASA confirma fuentes luminosas que desbordan límites físicos
En esta ilustración de una fuente de rayos X ultraluminosa, dos ríos de gas caliente son atraídos hacia la superficie de una estrella de neutrones. Foto: NASA/JPL-CALTECH
El observatorio espacial NuSTAR de la NASA ha confirmado que las fuentes de rayos X ultraluminosas (ULX) cósmicas son tan brillantes como parecen y superan el límite de Eddington.
Se trata del punto en el que la luminosidad emitida por una estrella o galaxia activa es tan extrema que comienza a expulsar las capas externas del objeto. Estas fuentes de rayos X exceden regularmente este límite, que limita el brillo de un objeto en función de su masa, entre 100 y 500 veces, lo que deja a los científicos desconcertados.
La investigación, publicada en The Astrophysical Journal, sugiere que este brillo que rompe los límites se debe a los fuertes campos magnéticos del ULX. Pero los científicos pueden probar esta idea solo a través de observaciones: hasta miles de millones de veces más poderosos que los imanes más fuertes jamás fabricados en la Tierra, los campos magnéticos ULX no se pueden reproducir en un laboratorio.
Las partículas de luz, llamadas fotones, ejercen un pequeño empujón sobre los objetos que encuentran. Si un objeto cósmico como un ULX emite suficiente luz, el empuje hacia afuera de los fotones puede superar el tirón hacia adentro de la gravedad del objeto. Cuando esto sucede, un objeto ha alcanzado el límite de Eddington y, en teoría, la luz del objeto empujará cualquier gas u otro material que caiga hacia él.
Ese cambio, cuando la luz supera a la gravedad, es significativo, porque el material que cae sobre un ULX es la fuente de su brillo. Esto es algo que los científicos observan con frecuencia en los agujeros negros: cuando su fuerte gravedad atrae el gas y el polvo perdidos, esos materiales pueden calentarse e irradiar luz. Los científicos solían pensar que los ULX debían ser agujeros negros rodeados de brillantes cofres de gas.
Pero en 2014, los datos de NuSTAR (Nuclear Spectroscopic Telescope Array) revelaron que un ULX con el nombre de M82 X-2 es en realidad un objeto menos masivo llamado estrella de neutrones. Al igual que los agujeros negros, las estrellas de neutrones se forman cuando una estrella muere y colapsa, empaquetando más que la masa de nuestro Sol en un área no mucho más grande que una ciudad de tamaño medio.
Esta increíble densidad también crea una atracción gravitacional en la superficie de la estrella de neutrones aproximadamente 100 billones de veces más fuerte que la atracción gravitatoria en la superficie de la Tierra. El gas y otros materiales arrastrados por esa gravedad se aceleran a millones de millas por hora, liberando una tremenda energía cuando golpean la superficie de la estrella de neutrones. (Un malvavisco que cae sobre la superficie de una estrella de neutrones la golpearía con la energía de mil bombas de hidrógeno). Esto produce la luz de rayos X de alta energía que detecta NuSTAR.
El estudio reciente apuntó al mismo ULX en el corazón del descubrimiento de 2014 y encontró que, como un parásito cósmico, M82 X-2 está robando alrededor de 9 billones de billones de toneladas de material por año de una estrella vecina, o alrededor de una vez y media la masa de la Tierra. Conociendo la cantidad de material que golpea la superficie de la estrella de neutrones, los científicos pueden estimar qué tan brillante debería ser la ULX y sus cálculos coinciden con las mediciones independientes de su brillo. El trabajo confirmó que M82 X-2 supera el límite de Eddington, informa la NASA.
Si los científicos pueden confirmar el brillo de más ULX, pueden confirmar una hipótesis persistente que explicaría el brillo aparente de estos objetos sin que los ULX tengan que exceder el límite de Eddington. Esa hipótesis, basada en observaciones de otros objetos cósmicos, postula que los fuertes vientos forman un cono hueco alrededor de la fuente de luz, concentrando la mayor parte de la emisión en una dirección. Si apunta directamente a la Tierra, el cono podría crear una especie de ilusión óptica, haciendo que parezca falsamente como si el ULX estuviera excediendo el límite de brillo.
Incluso si ese es el caso de algunos ULX, una hipótesis alternativa respaldada por el nuevo estudio sugiere que los fuertes campos magnéticos distorsionan los átomos aproximadamente esféricos en formas alargadas y fibrosas. Esto reduciría la capacidad de los fotones para alejar los átomos y, en última instancia, aumentaría el brillo máximo posible de un objeto.