Las fuentes de rayos X ultraluminosas suelen ser más de 100 veces más brillantes de lo que deberían. De hecho, parecen incluso superar con creces el límite de Eddington, que establece un límite para la luminosidad de un objeto en función de su masa.
Es posible que haya oído hablar de las fuentes de rayos X ultraluminosas (ULX). Se trata de objetos cósmicos exóticos que producen unos 10 millones de veces más energía que nuestro Sol. De hecho, son tan radiantes que superan el límite de Eddington. Y no por mucho. Los ULX superan regularmente este límite, ¡entre 100 y 500 veces! Los científicos se enfrentan a un enigma. Después de todo, ¿es esto realmente cierto?
El límite de Eddington
Como ya se ha mencionado, el límite de Eddington establece un límite sobre lo brillante que puede ser un objeto en función de su masa. Cuando se rompe este límite, los científicos esperan que el objeto estalle en pedazos. Sin embargo, en el caso de los ULX, no es así. ¿Por qué? Durante mucho tiempo fue un misterio. Pero ahora los investigadores creen haber encontrado una explicación para el intenso brillo emitido por las fuentes de rayos X ultraluminosas.
Telescopio de rayos X NuSTAR y estrella de neutrones
Para llegar a esa explicación, los astrónomos utilizaron por primera vez el Nuclear Spectroscopic Telescope Array de la NASA (el telescopio de rayos X NuSTAR) para medir directamente una fuente de rayos X ultraluminosa. La fuente, denominada M82 X-2, es en realidad una estrella de neutrones situada a unos 12 millones de años luz de la Tierra.
La nueva medición muestra que esta ULX es, en efecto, demasiado brillante. Y eso es interesante. Teorías anteriores sugerían que el brillo extremo podría ser una especie de ilusión óptica causada por fuertes vientos, que hacen parecer falsamente que una ULX supera el límite de brillo. Pero el nuevo estudio demuestra que esa hipótesis puede ir directamente al cubo de la basura. En efecto, M82 X-2 desafía de algún modo el límite de Eddington. Y con ello, los investigadores confirman que este extraño fenómeno del espacio realmente no debería poder existir.
Sin embargo, los ULX existen. Así que los investigadores se propusieron encontrar la respuesta a cómo es posible. El resultado fue una teoría interesante. Antes se pensaba que los ULX solo podían ser agujeros negros. En efecto, cuando los agujeros negros atraen hacia sí gas y polvo a través de su fuerte gravedad, esos materiales pueden calentarse y emitir luz. M82 X-2, sin embargo, como ya se ha mencionado, es una estrella de neutrones. Al igual que los agujeros negros, las estrellas de neutrones se forman cuando una estrella muere y colapsa. Entonces, una masa similar a la de nuestro sol se empaqueta en un área no mucho mayor que una ciudad de tamaño medio.
Densidad en la estrella de neutrones
Esta increíble densidad crea una fuerza gravitatoria especialmente poderosa en la superficie de la estrella de neutrones. Esta gravedad es unos 100 billones de veces más fuerte que la gravedad en la superficie de la Tierra. Esto significa que se libera una enorme cantidad de energía cuando el gas y otros materiales arrastrados por esta gravedad chocan contra la superficie de la estrella de neutrones. Para que te hagas una idea, cuando un malvavisco cae sobre la superficie de una estrella de neutrones, ¡produciría una energía equivalente a mil bombas de hidrógeno!
Roba materia a estrella vecina
Los nuevos descubrimientos muestran que, como un parásito cósmico, M82 X-2 roba a una estrella vecina unos 9000 millones de billones de toneladas de material al año (el equivalente a 1,5 Tierras). Como se puede imaginar, las cosas se ponen bastante explosivas cuando este material golpea la superficie de la estrella de neutrones. Esto produce la luz de rayos X de alta energía que detecta NuSTAR.
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| Esta imagen muestra una ULX. El gas caliente es atraído hacia la superficie de la estrella de neutrones. Los fuertes campos magnéticos, mostrados en verde, pueden alterar la interacción entre la materia y la luz cerca de la superficie de la estrella de neutrones, aumentando su brillo. Imagen: NASA/JPL-Caltech |
En resumen, los hallazgos sugieren que el extraño brillo de las ULX se debe a sus fuertes campos magnéticos. Los investigadores sospechan que este fuerte campo magnético cambia la forma de los átomos de la estrella de neutrones (de esférica a alargada). Esto, a su vez, reduce la capacidad de los fotones (o partículas de luz) para empujar estos átomos, aumentando en última instancia el brillo máximo posible del objeto.
En definitiva, el estudio de los investigadores no solo confirmó que los ULX superan efectivamente el límite de Eddington, sino también cómo lo hacen. “Estas observaciones nos muestran el efecto de campos magnéticos increíblemente fuertes, que nunca podríamos reproducir en la Tierra con la tecnología actual”, afirma el investigador Matteo Bachetti. Esto se debe a que el campo magnético de los ULX es miles de millones de veces más potente que los imanes más potentes jamás creados en la Tierra, por lo que el efecto no puede reproducirse en el laboratorio. “Esta es la belleza de la astronomía”, continúa Bachetti. “Observando el cielo, obtenemos una imagen cada vez mejor de cómo funciona el universo. Además, en este caso no hay atajos: no podemos utilizar experimentos para obtener respuestas rápidas. Así que tenemos que esperar a que el propio universo nos revele sus secretos”.
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