La araña cósmica descubrió que es una fuente de potentes rayos gamma

Utilizando el Telescopio SOAR de 4,1 metros en Chile, los astrónomos han descubierto el primer ejemplo de un sistema binario en el que una estrella en proceso de convertirse en una enana blanca orbita una estrella de neutrones que acaba de terminar de transformarse en un púlsar de rotación rápida. El par fue descubierto originalmente por el telescopio espacial de rayos gamma Fermi y es el «eslabón perdido» en la evolución de tales sistemas binarios.

Se ha descubierto que una fuente brillante y misteriosa de rayos gamma es una estrella de neutrones de rotación rápida, llamada púlsar de milisegundos, que orbita una estrella en el proceso de evolución hacia una enana blanca de masa extremadamente baja. Los astrónomos se refieren a este tipo de sistemas binarios como «arañas» porque un púlsar tiende a «comerse» las partes exteriores de la estrella compañera cuando se transforma en una enana blanca.

El dúo fue descubierto por astrónomos utilizando el telescopio SOAR de 4,1 metros en Cerro Pachón en Chile, parte del Observatorio Interamericano de Cerro Tololo (CTIO), un programa de NSF NOIRLab.

El telescopio espacial de rayos gamma Fermi de la NASA ha catalogado objetos en el universo que producen abundantes rayos gamma desde su lanzamiento en 2008, pero no todas las fuentes de rayos gamma que detecta han sido clasificadas. Una de estas fuentes, que los astrónomos llamaron 4FGL J1120.0-2204, fue la segunda fuente de rayos gamma más brillante de todo el cielo que aún no se ha identificado.

Astrónomos de Estados Unidos y Canadá, dirigidos por Samuel Swehart del Laboratorio de Investigación Naval de Estados Unidos en Washington, DC, utilizaron el espectrógrafo Goodman en el telescopio SOAR para determinar la verdadera identidad de 4FGL J1120.0-2204. Se ha demostrado que la fuente de rayos gamma, que también emite rayos X, según lo observado por los telescopios espaciales Swift de la NASA y el XMM-Newton de la Agencia Espacial Europea, es un sistema binario que consiste en un «púlsar de milisegundos» que gira cientos de veces por segundo. , y un precursor de una enana blanca.Muy baja masa. La pareja se encuentra a más de 2.600 años luz de distancia.

«El tiempo asignado a MSU en el telescopio SOAR, su ubicación en el hemisferio sur y la precisión y estabilidad del espectrómetro Goodman fueron aspectos importantes de este descubrimiento», dice Swihart.

dice Chris Davis, director del programa NOIRLab de la Fundación Nacional de Ciencias de EE. UU. «Esperamos que SOAR desempeñe un papel fundamental en la búsqueda de muchas otras fuentes variables en el tiempo y multivariadas durante la próxima década».

El espectro óptico del sistema binario medido por el espectrómetro de Goodman mostró que la luz de la compañera de la enana blanca primordial se desplazó, alternativamente a rojo y azul, lo que indica que orbita una estrella de neutrones masiva y compacta cada 15 horas.

«Los espectros también nos permitieron restringir la temperatura aproximada y la gravedad de la superficie de la estrella compañera», dice Swihart, cuyo equipo pudo tomar estas propiedades y aplicarlas a modelos que describen cómo evolucionaron los sistemas estelares binarios. Esto les permitió determinar que la compañera es un precursor de una enana blanca de masa extremadamente baja, con una temperatura superficial de 8200 grados Celsius (15 000 grados Fahrenheit) y una masa de solo el 17% de la masa del Sol.

Cuando una estrella con una masa comparable a la del Sol o menos llegue al final de su vida, el hidrógeno utilizado para alimentar los procesos de fusión nuclear en su núcleo se agotará. Por un tiempo, el helio toma la delantera y fortalece a la estrella, haciendo que se encoja y se caliente, impulsando su expansión y evolución hasta convertirse en una gigante roja de cientos de millones de kilómetros de tamaño. Eventualmente, las capas externas de esta estrella en globo podrían acumularse en un compañero binario y la fusión nuclear se detendría, dejando atrás una enana blanca del tamaño de la Tierra y escupiendo a temperaturas superiores a los 100 000 grados Celsius (180 000 grados Fahrenheit).

La enana blanca primaria del sistema 4FGL J1120.0-2204 aún no ha terminado de evolucionar. «Actualmente está abultado y su radio es unas cinco veces mayor que el de las enanas blancas ordinarias de masa similar», dice Swihart. «Continuará enfriándose y encogiéndose, y en unos dos mil millones de años, se verá idéntica a muchas de las enanas blancas de muy baja masa que ya conocemos».

Los púlsares de milisegundos giran cientos de veces cada segundo. Se hace girar acumulando material de una compañera, en este caso de una estrella que se ha convertido en una enana blanca. La mayoría de los púlsares de milisegundos emiten rayos gamma y X, a menudo cuando los vientos estelares, una corriente de partículas cargadas que emanan de una estrella de neutrones en rotación, chocan con el material emitido por una estrella compañera.

Se conocen alrededor de 80 enanas blancas de muy baja masa, pero «este es el primer presagio de una enana blanca de muy baja masa descubierta que probablemente orbite una estrella de neutrones», dice Swihart. Por lo tanto, 4FGL J1120.0-2204 es una mirada única al final de este proceso de ciclado. Todos los demás binarios enanos y púlsares que se han descubierto han pasado por alto la fase de giro.

«La espectroscopia continua con el telescopio SOAR, que apunta a fuentes de rayos gamma de Fermi no relacionadas, nos permitió ver que el compañero estaba orbitando algo», dice Swihart. «Sin estas observaciones, no habríamos podido encontrar este emocionante sistema».

Esta investigación se presenta en el artículo «4FGL J1120.0–2204: Una estrella de neutrones brillante binaria de rayos gamma única con una enana blanca primaria de muy baja masa», que aparecerá en Diario astrofísico.

Proporcionado por la Asociación de Universidades para la Investigación en Astronomía (AURA)