El observatorio XMM-Newton ha descubierto en dos galaxias cercanas gas escapando a un cuarto de la velocidad de la luz desde varios sistemas binarios de rayos X muy brillantes.
A longitudes de onda de rayos X, en el firmamento destacan dos tipos de objetos astronómicos: agujeros negros supermasivos, situados en el centro de grandes galaxias y que devoran todo el material circundante, y sistemas binarios formados por un remanente estelar —ya sea una enana blanca, una estrella de neutrones o un agujero negro— que se alimenta del gas de otra estrella compañera.
En ambos casos, el gas forma un disco que gira en torno a un objeto central compacto y muy denso: la fricción en el disco hace que el gas se caliente y emita luz a distintas longitudes de onda, destacando en la longitud de rayos X. No obstante, el objeto central no absorbe todo el gas, que incluso puede llegar a alejarse en parte, empujado por vientos y ráfagas de gran potencia.
Además de los objetos anteriormente mencionados, en los años ochenta se descubrió una clase intermedia de objetos que aún encierra numerosos misterios. Pese a ser de diez a cien veces más brillantes que las fuentes binarias de rayos X normales, se trata de fuentes demasiado débiles como para vincularlas a la formación de agujeros negros supermasivos y, además, suelen encontrarse lejos del centro de su galaxia anfitriona.
“Creemos que estas ‘fuentes de rayos X ultraluminosas’ pueden ser una especie de sistemas binarios especiales, que absorben gas a una velocidad mucho mayor que los sistemas binarios de rayos X habituales —explica Ciro Pinto, del Instituto de Astronomía de la Universidad de Cambridge, en el Reino Unido—. Algunas albergan estrellas de neutrones fuertemente magnetizadas, mientras que otras podrían ocultar los tan buscados agujeros negros de masa intermedia, con masas unas mil veces mayores que el Sol. Sin embargo, en la mayoría de casos seguimos sin saber los motivos de su comportamiento extremo”.
Ciro es el autor principal de un nuevo estudio basado en las observaciones del satélite XMM-Newton de la ESA, que por primera vez muestran fuertes vientos soplando a gran velocidad desde dos de estos exóticos objetos. Este descubrimiento, publicado en el número de esta semana de la revista Nature, confirma que estas fuentes ocultan un objeto compacto que acrece materia a altísima velocidad.
Galaxia anfitriona NGC 5408
Ciro y sus colegas se sumergieron en los archivos de XMM-Newton para recabar el equivalente a varios días de observaciones de tres fuentes de rayos X ultraluminosas situadas en galaxias cercanas, a menos de 22 millones de años luz de nuestra Vía Láctea.
Los datos habían sido recopilados a lo largo de varios años por el Espectrómetro de Reflexión de Red (RGS), un instrumento de alta sensibilidad que les permitió detectar características muy sutiles en el espectro de rayos X de las fuentes.
En las tres fuentes, los científicos lograron identificar emisiones de rayos X de gas en zonas exteriores del disco que rodea al objeto compacto central, fluyendo lentamente hacia él.
Sin embargo, dos de las tres fuentes —conocidas como NGC 1313 X-1 y NGC 5408 X-1— también muestran claros signos de rayos X siendo absorbidos por gas que la fuente central expulsa a 70.000 km/s, casi un cuarto de la velocidad de la luz.
“Por primera vez hemos visto vientos alejándose de fuentes de rayos X ultraluminosas —explica Ciro—. Y lo que es más, la alta velocidad de estos caudales nos habla de la naturaleza de los objetos compactos en esas fuentes, que devoran materia de forma frenética”.
Aunque el gas caliente es atraído por la gravedad del objeto central, también brilla con fuerza, y la presión que ejerce la radiación lo empuja hacia el exterior. Se trata de un equilibrio de fuerzas: cuanto mayor es la masa, con más rapidez atrae el gas circundante. Pero esto también hace que el gas se caliente más rápido, por lo que emite más luz y aumenta la presión que lo expulsa hacia fuera.
Existe un límite teórico que define cuánta materia puede acrecer un objeto de una determinada masa, denominado ‘Luminosidad de Eddington’. Aunque el astrónomo Arthur Eddington aplicó por primera vez este cálculo a las estrellas, también resulta válido para objetos compactos como agujeros negros o estrellas de neutrones.
El límite de Eddington parte de un caso ideal en el que tanto la materia acrecida en el objeto central como la radiación emitida por él son iguales en todas las direcciones.
Galaxia anfitriona NGC 1313
Sin embargo, las fuentes estudiadas por Ciro y sus colaboradores se alimentan a través de un disco de acreción que probablemente aumenta debido a la presión interna del gas que fluye a gran velocidad hacia el objeto central.
En una configuración así, el material en el disco puede brillar diez veces o más por encima del límite de Eddington y, como parte del gas escapa de la atracción gravitacional del objeto central, pueden formarse vientos de gran velocidad como los observados por XMM-Newton.
Como explica Norbert Schartel, científico del Proyecto XMM-Newton de la ESA: “Al observar las fuentes de rayos X irradiadas más allá del límite de Eddington, es posible estudiar a fondo su proceso de acreción, investigando hasta qué punto puede rebasarse el límite y qué es exactamente lo que provoca el escape de esos fuertes vientos”.
Aún se desconoce la naturaleza de los objetos compactos situados en el núcleo de las fuentes observadas en este estudio, aunque los científicos sospechan que podría tratarse de agujeros negros de masa estelar, con un tamaño hasta varias docenas de veces superior al del Sol.
Para avanzar en la investigación, el equipo continúa analizando los datos del archivo de XMM-Newton en busca de más fuentes de este tipo y planeando futuras observaciones, tanto en rayos X como en longitudes de onda ópticas y de radio.
“Con una muestra mayor de fuentes y realizando observaciones en distintas longitudes de onda, esperamos conocer por fin la naturaleza física de estos peculiares objetos tan potentes”, concluye Ciro.
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