El misterio de las fuentes ultraluminosas de rayos X
M51 o Galaxia Remolino. Objeto en el que se ha estudiado la fuente ULX
A pesar de conocer los mecanismos que hacen que las estrellas brillen, todavía me sorprendo cuando miro a las estrellas, incluso desde las grandes ciudades donde la contaminación lumínica es excesiva, y pienso que aun estando tan lejos su luz llega hasta nosotros.
Sin embargo, en el universo hay fuentes de luz mucho más luminosas que no vemos. Por un lado, están demasiado lejos como para verlas a simple vista y por otro, no las vemos porque emiten su luz en longitudes de onda que no podemos detectar con nuestros ojos. Uno de estos objetos tan luminosos son las fuentes de rayos X ultraluminosas y todavía es un misterio cual es su mecanismo de funcionamiento.
En los años 80, el observatorio Einstein, un telescopio espacial de rayos X, descubrió unos objetos que emitían gran cantidad de rayos X y que se denominaron fuentes de rayos X ultraluminosas (ULX, Ultraluminous X ray source).
Observatorio Einstein
Los ULX son fuentes muy intensas, aunque no tanto como los núcleos de galaxias activas (AGN, Active Galactic Nucleus). En una fuente ULX, sin embargo, la luminosidad era mayor de lo que se podía esperar mediante la emisión de radiación por procesos estelares, es decir, su luminosidad no era debida a los procesos que se dan en las estrellas para generar luz
La luminosidad superaba el límite de Eddington, es decir, era tan luminosa que la radiación emitida tendría que expulsar también parte la materia que lo componía y, por lo tanto, sería inestable o incluso no podría existir. Esto provocaba que la radiación no pudiera ser generada por agujeros negros estelares masivos.
Además, la radiación emitida era la misma en todas direcciones, lo que quiere decir que era isótropa.
El misterio de la emisión de rayos X de las fuentes ULX se intentó explicar mediante la existencia de objetos conocidos como cuásares o restos de supernova pero no todos las fuentes ULX se podían explicar mediante estos objetos.
Otra posible explicación fueron los agujeros negros de masa intermedia.
Los agujeros negros se pueden clasificar en dos categorías. En primer lugar tenemos los agujeros negros estelares que se forman como resultado de la muerte de estrellas muy masivas y tienen una masa de 10 – 20 masas solares. En segundo lugar tenemos los agujeros negros supermasivos que pueden llegar a tener masas de millones a miles de millones de masas solares y son los que se encuentran en el centro de las galaxias.
Pero existe otra categoría, todavía hipotética, que son los agujeros negros de masa intermedia. Estos tendrían masas de cientos a miles de masas solares y serían ligeros como para no ser atraídos hacia el centro de las galaxias y además, lo suficientemente masivos como para emitir rayos X ultraluminosos sin exceder el límite de Eddington. El problema es que todavía no se han detectado agujeros negros de masa intermedia.
Desde que se descubrió la primera fuente ULX con el observatorio Einstein en los años 80, se han puesto en órbita nuevos observatorios más potentes y precisos como NuSTAR, Chandra y XMM-Newton. Precisamente, observaciones con estos telescopios han empezado a arrojar nuevos datos sobre los mecanismos de emisión de las fuentes ULX, o al menos han introducido a un nuevo sospechoso a la lista ya formada por los cuásares, restos de supernova y agujeros negros intermedios. Este nuevo objeto serían las estrellas de neutrones.
El espectro de una fuente ULX que se encuentra en la galaxia M51, también conocida como galaxia Remolino muestra una disminución de brillo a una longitud de onda de 0,3 nm (3 x 10-10 m) que se corresponde a la emisión de las partículas cargadas cuando giran velozmente en campos magnéticos. Precisamente esta emisión solo se ha observado en estrellas de neutrones.
Para la comunidad científica este descubrimiento es toda una sorpresa por una simple razón, ¿cómo es posible que la causa de la elevada luminosidad de una fuente ULX pueda ser un objeto tan modesto y poco masivo como una estrella de neutrones en lugar de un agujero negro con masas del orden de 1000 masas la de nuestro Sol?
Todavía no hay una respuesta y ya se han planificado nuevas observaciones de la fuente ULX de M51 para ver si se puede hallar una solución al misterio, ya de por sí interesante, de las fuentes ultraluminosas de rayos X.
Para leer más:
Feng, H., Soria, R. Ultraluminous X-Ray Sources in the Chandra and XMM-Newton Era. arXiv:1109.1610v2 [astro-ph.HE]
Brightman, F.A. Harrison, F. Fürst, M.J. Middleton, D.J. Walton, D. Stern, M. Heida, D. Barret & M. Bachetti. Magnetic field strength of a neutron-star-powered ultraluminous X-ray source. Nature Astronomy (2018) doi:10.1038/s41550-018-0391-6
Beaming with the Light of Millions of Suns
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