Se ha demostrado que un sistema binario que contiene una estrella masiva y lo que probablemente sea un agujero negro, y que juntos forman una fuente de intensos rayos X, es un ejemplo a pequeña escala de algunos de los quásares más brillantes del mundo. el universo.
Los nuevos hallazgos, de un equipo internacional que utilizó NASA'S Explorador de imágenes de polarimetría de rayos X nave espacial (IXPE), describe cómo un sistema binario de rayos X localiza aproximadamente 24.000 de ellos años luz muy lejos en el nuestro Via Láctea está amplificando su emisión de rayos X en una cavidad en forma de embudo que rodea el probable agujero negro.
El sistema, Cygnus X-3, fue descubierto a principios de la década de 1970 cuando los radiotelescopios detectaron potentes chorros que irradiaban desde él a casi velocidad de la luz. La emisión de radio de estos aviones dura unos días, antes de apagarse y volver a encenderse más tarde.
El origen de los chorros era, en aquel momento, misterioso. El sistema ha sido descrito como un «enigma astronómico», al que no ayuda en absoluto el hecho de que ni siquiera podemos ver Cygnus X-3 en luz visible; está bloqueado por un espeso polvo en el plano de nuestra galaxia. Durante la década de 1970, los radioastrónomos de observatorios de todo el mundo se coordinaron por teléfono para intentar captar Cygnus X-3 en el acto de encenderse o apagarse.
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A lo largo de los años, nuevas observaciones en longitudes de onda de radio, infrarrojos y rayos X han permitido a los astrónomos comprender que Cygnus X-3 es un sistema binario de rayos X que implica la transferencia de materia entre una estrella masiva y un objeto compacto que orbita alrededor de una estrella. centro común. De gravedad. El objeto compacto es un estrella neutrón o, más probablemente, un agujero negro con una masa unas cinco veces mayor que la masa de nuestro sol. La estrella masiva es una estrella Wolf-Rayet, una fase rara estrellas supergigantes sufren, en el que irradian poderosos vientos estelares que comienzan a levantar grandes trozos de su envoltura exterior espacio. Es el material transportado por el viento de esta estrella Wolf-Rayet el que alimenta un disco de acreción que gira en espiral alrededor del objeto compacto.
Sin embargo, Cygnus X-3 brillo no es muy creíble. El flujo de materia sobre un objeto compacto como un agujero negro está controlado por una propiedad conocida como límite de Eddington. Si la tasa de acreción es lo suficientemente alta, el disco de acreción se convierte en un atasco: la materia acaba acumulándose, el disco se vuelve denso y tan caliente que la cantidad de radiación que se escapa puede bloquear la entrada de nuevo material. De esta manera, los agujeros negros pueden regular su crecimiento y parte del material es repelido hacia los chorros emisores de radio.
Sin embargo, algunos de los más brillantes cuásares — galaxias con extremadamente activas agujeros negros supermasivos en su núcleo – parecen romper el límite de Eddington, en el sentido de que su luminosidad es extremadamente alta y, sin embargo, todavía parecen acumular materia. Y Cygnus X-3 parece entrar en esta categoría, aunque en menor escala.
Ahora, un equipo dirigido por Alexandra Veledina de la Universidad de Turku en Finlandia ha utilizado IXPE para medir el grado de polarización de la luz de rayos X procedente de Cygnus X-3. Descubrieron que la cantidad de polarización es tan alta que sólo puede explicarse por la dispersión de rayos X desde el interior de una cavidad en forma de embudo en el corazón del disco de acreción.
«Descubrimos que el objeto compacto está rodeado por una envoltura de materia densa y opaca», dijo Veledina en un declaración. “La luz que observamos es un reflejo de las paredes internas del embudo formado por el gas circundante, similar a una taza con un espejo en su interior”.
Una envoltura opaca levantada por una cavidad en forma de embudo es típica de los cuásares descritos como «ULX: fuentes de rayos X ultrabrillantes. La escala de amplificación resultante de la dispersión de rayos X desde el interior de la cavidad del embudo también es análoga a la del ULX.
«Los ULX se observan típicamente como puntos brillantes en imágenes de galaxias distantes, con sus emisiones amplificadas por los efectos de enfoque del embudo que rodea al objeto compacto, que actúa de manera similar a un megáfono», dijo Juri Poutanen de la Universidad de Turku, miembro del estudio. grupo. «Sin embargo, debido a las grandes distancias a estas fuentes… parecen relativamente débiles para los telescopios de rayos X».
Por lo tanto, aprender sobre los ULX en los quásares ha resultado difícil, pero los astrónomos ahora pueden utilizar el Cygnus X-3, mucho más cercano, como modelo para comprender mejor esos ULX distantes.
«Nuestro descubrimiento ha revelado ahora una contraparte brillante de estos ULX distantes que residen en nuestra galaxia», dijo Poutanen.
Cisne IXPE pudo ver eso cuando Cygnus 10,4%. Esto sugiere que la estructura del embudo cambia en respuesta a cantidades mayores o menores de acreción. Si la tasa de crecimiento cae demasiado, el embudo puede colapsar por completo, sólo para reconstruirse cuando se reanude el crecimiento, predice el equipo de Veledina.
El equipo ahora está planeando más observaciones para tratar de capturar este colapso en curso, que sería señalado por la polarización cayendo a casi cero, lo que indica que la emisión de rayos X proviene directamente del gas caliente en la superficie del disco de acreción y no indirectamente. mediante dispersión dentro del embudo.
Los hallazgos fueron publicados el 21 de junio en la revista. astronomía natural.
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