Explicación a una explosión estelar ultrabrillante apodada La Vaca
Un brillante destello azul procedente del brazo espiral de una galaxia situada a 200 millones de años luz observado por telescopios de todo el mundo en junio de 2018 provino de una estrella moribunda.
Al colapsar, aquella estrella dio lugar a un objeto compacto en forma de agujero negro o estrella de neutrones, según concluyen los investigadores en un estudio publicado en la revista 'Nature Astronomy'.
El potente estallido pareció al principio una supernova, aunque fue mucho más rápido y mucho más brillante que cualquier explosión estelar que los científicos hayan visto hasta ahora. La señal, etiquetada procedimentalmente como AT2018cow, ha sido apodada simplemente como "la Vaca", y los astrónomos la han catalogado como un transitorio óptico azul rápido, o FBOT (por sus siglas en inglés), un evento brillante y de corta duración de origen desconocido.
Ahora, un equipo dirigido por el Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT), en Estados Unidos, ha encontrado pruebas sólidas del origen de la señal. Además de un brillante destello óptico, los científicos detectaron un pulso estroboscópico de rayos X de alta energía. Rastrearon cientos de millones de estos pulsos de rayos X hasta la Vaca, y descubrieron que los pulsos se producían como un reloj, cada 4,4 milisegundos, durante un periodo de 60 días.
Basándose en la frecuencia de los pulsos, el equipo calculó que los rayos X debían proceder de un objeto de no más de 1.000 kilómetros de ancho, con una masa inferior a 800 soles. Según los estándares astrofísicos, un objeto así se consideraría compacto, como un pequeño agujero negro o una estrella de neutrones.
Sus hallazgos sugieren que AT2018cow fue probablemente el producto de una estrella moribunda que, al colapsar, dio a luz a un objeto compacto en forma de agujero negro o estrella de neutrones. El objeto recién nacido continuó devorando el material circundante, comiéndose la estrella desde dentro, un proceso que liberó una enorme ráfaga de energía.
"Es probable que hayamos descubierto el nacimiento de un objeto compacto en una supernova --afirma en un comunicado el autor principal, Dheeraj DJ Pasham, científico investigador del Instituto Kavli de Astrofísica e Investigación Espacial del MIT--. Esto ocurre en las supernovas normales, pero no lo habíamos visto antes porque es un proceso muy complicado. Creemos que esta nueva evidencia abre posibilidades para encontrar agujeros negros bebé o estrellas de neutrones bebé".
AT2018cow es uno de los muchos "transitorios astronómicos" descubiertos en 2018. La "vaca" en su nombre es una coincidencia aleatoria del proceso de nomenclatura astronómica (por ejemplo, "aaa" se refiere al primer transitorio astronómico descubierto en 2018). La señal se encuentra entre las pocas docenas de FBOT conocidas, y es una de las pocas señales de este tipo que se han observado en tiempo real. Su potente destello -hasta 100 veces más brillante que una supernova típica- fue detectado por un estudio en Hawái, que inmediatamente envió alertas a observatorios de todo el mundo.
"Fue emocionante porque se empezaron a acumular montones de datos --dice Pasham--. La cantidad de energía era órdenes de magnitud superior a la de la típica supernova de colapso del núcleo. Y la pregunta era: ¿qué podía producir esta fuente de energía adicional?".
Los astrónomos han propuesto varias hipótesis para explicar la señal superbrillante. Por ejemplo, podría haber sido producto de un agujero negro nacido en una supernova. O podría haber sido el resultado de un agujero negro de peso medio que despojara de material a una estrella que pasara por allí.
Sin embargo, los datos recogidos por los telescopios ópticos no han resuelto el origen de la señal de forma definitiva. Pasham se preguntó si se podría encontrar una respuesta en los datos de rayos X.
"Esta señal era cercana y también brillante en rayos X, que es lo que llamó mi atención --añade--. Para mí, lo primero que se me ocurre es que está ocurriendo algún fenómeno realmente energético para generar rayos X. Así que quise probar la idea de que hay un agujero negro o un objeto compacto en el núcleo de la Vaca".
El equipo se fijó en los datos de rayos X recogidos por el Explorador de Composición Interior de Estrellas de Neutrones (NICER) de la NASA, un telescopio de monitorización de rayos X a bordo de la Estación Espacial Internacional.
El NICER comenzó a observar la Vaca unos cinco días después de su detección inicial por parte de los telescopios ópticos, monitorizando la señal durante los siguientes 60 días. Estos datos se registraron en un archivo de acceso público, que Pasham y sus colegas descargaron y analizaron.
El equipo examinó los datos para identificar las señales de rayos X que emanaban cerca de AT2018cow y confirmó que las emisiones no procedían de otras fuentes, como el ruido de los instrumentos o fenómenos cósmicos de fondo. Se centraron en los rayos X y descubrieron que la Vaca parecía estar emitiendo ráfagas a una frecuencia de 225 hertzios, es decir, una vez cada 4,4 milisegundos.
Pasham aprovechó este pulso para reconocer que su frecuencia podía utilizarse para calcular directamente el tamaño de lo que estaba pulsando. En este caso, el tamaño del objeto pulsante no puede ser mayor que la distancia que la velocidad de la luz puede cubrir en 4,4 milisegundos. Por este razonamiento, calculó que el tamaño del objeto no debe ser mayor de 1,3x108 centímetros, o aproximadamente 1.000 kilómetros de ancho.
"Lo único que puede ser tan pequeño es un objeto compacto, ya sea una estrella de neutrones o un agujero negro", afirma Pasham.
El equipo calculó además que, basándose en la energía emitida por AT2018cow, no debe suponer más de 800 masas solares. "Esto descarta la idea de que la señal proceda de un agujero negro intermedio", afirma Pasham.
Aparte de precisar la fuente de esta señal en particular, Pasham dice que el estudio demuestra que los análisis de rayos X de los FBOT y otros fenómenos ultrabrillantes podrían ser una nueva herramienta para estudiar los agujeros negros infantiles.
"Siempre que hay un nuevo fenómeno, hay entusiasmo porque podría decir algo nuevo sobre el universo --reconoce--. En el caso de los FBOT, hemos demostrado que podemos estudiar sus pulsaciones en detalle, de una manera que no es posible en el óptico. Así que esta es una nueva forma de entender estos objetos compactos recién nacidos".
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