18 de enero de 2024
(Noticias de Nanowerk) Un equipo internacional de astrónomos, dirigido por investigadores del Instituto Max Planck de Radioastronomía, ha descubierto con el radiotelescopio MeerKAT un objeto intrigante de naturaleza desconocida en el cúmulo globular NGC 1851. El objeto masivo es más pesado que el neutrón más pesado estrellas conocidas y al mismo tiempo más ligeras que los agujeros negros más ligeros conocidos y está en órbita alrededor de un púlsar de milisegundos que gira rápidamente. Este podría ser el primer descubrimiento del tan codiciado binario radiopúlsar-agujero negro; un binomio estelar que permitiría nuevas pruebas de la relatividad general de Einstein.
Las estrellas de neutrones, los restos ultradensos de una explosión de supernova, sólo pueden ser pesadas hasta cierto punto. Una vez que hayan adquirido demasiada masa, tal vez consumiendo otra estrella o tal vez chocando con otra de su tipo, colapsarán. En qué se convierten exactamente una vez que colapsan es motivo de mucha especulación, y se proponen varios sabores salvajes y maravillosos de estrellas exóticas.
La opinión predominante, sin embargo, es que las estrellas de neutrones colapsan para convertirse en agujeros negros, objetos tan gravitacionalmente atractivos que ni siquiera la luz puede escapar de ellos. La teoría, respaldada por la observación, nos dice que los agujeros negros más ligeros que pueden crearse mediante el colapso de estrellas son aproximadamente cinco veces más masivos que el Sol. Esto es considerablemente mayor que las 5 veces la masa del Sol necesaria para el colapso de una estrella de neutrones, dando lugar a lo que se conoce como brecha de masa del agujero negro.
Se desconoce la naturaleza de los objetos compactos en esta brecha de masa y hasta ahora el estudio detallado ha resultado un desafío debido a que sólo se han captado fugaces atisbos de tales objetos en observaciones de eventos de fusión de ondas gravitacionales en el universo distante.
El descubrimiento de un objeto en esta brecha de masa en nuestra propia galaxia por parte de un equipo de astrónomos de la colaboración internacional Transients and Pulsars with MeerKAT (TRAPUM) puede ayudar a comprender finalmente estos objetos. Su trabajo, publicado en la revista Ciencia: (“Un púlsar en binario con un objeto compacto en la brecha de masa entre las estrellas de neutrones y los agujeros negros”), informa sobre un par masivo de estrellas compactas en el cúmulo globular NGC 1851 en la constelación austral Columba (la paloma).
Utilizando el sensible radiotelescopio MeerKAT de Sudáfrica, en combinación con potentes instrumentos construidos por ingenieros del Instituto Max Planck de Radioastronomía (MPIfR) en Bonn, Alemania, pudieron detectar pulsos débiles de una de las estrellas, identificándola. como un púlsar de radio, un tipo de estrella de neutrones que gira rápidamente y proyecta rayos de luz de radio hacia el Universo como un faro cósmico.
Una impresión artística del sistema suponiendo que la estrella compañera masiva es un agujero negro. La estrella más brillante del fondo es su compañera orbital, el radiopúlsar PSR J0514-4002E. Las dos estrellas están separadas por 8 millones de kilómetros. (Imagen: Daniëlle Futselaar, artsource.nl)
Este púlsar, denominado PSR J0514-4002E, gira más de 170 veces por segundo, y cada rotación produce un pulso rítmico, como el tictac de un reloj. Al observar pequeños cambios en este tictac a lo largo del tiempo, utilizando una técnica llamada sincronización del púlsar, pudieron realizar mediciones extremadamente precisas de su movimiento orbital.
"Piense en ello como ser capaz de colocar un cronómetro casi perfecto en órbita alrededor de una estrella a casi 40,000 años luz de distancia y luego poder cronometrar esas órbitas con una precisión de microsegundos", dice Ewan Barr, quien dirigió el estudio junto con su colega de MPIfR y Candidata a doctorado Arunima Dutta.
La sincronización regular también permitió una medición muy precisa de la ubicación del sistema, mostrando que el objeto en órbita con el púlsar no era una estrella regular (es invisible en las imágenes de NGC 1851 del Telescopio Espacial Hubble); por lo tanto, es un remanente extremadamente denso de una estrella colapsada. estrella. Además, el cambio observado en el tiempo del punto de aproximación más cercano entre las dos estrellas (el periastrón) mostró que la compañera tiene una masa que era simultáneamente mayor que la de cualquier estrella de neutrones conocida y, sin embargo, menor que la de cualquier agujero negro conocido. colocándolo directamente en la brecha de masa del agujero negro.
“Sea lo que sea este objeto, es una noticia emocionante”, afirma Paulo Freire, del MPIfR. “Si se trata de un agujero negro, será el primer púlsar – sistema de agujeros negros conocido, que ha sido el Santo Grial de la astronomía de púlsares durante décadas. ¡Si se trata de una estrella de neutrones, esto tendrá implicaciones fundamentales para nuestra comprensión del estado desconocido de la materia en estas increíbles densidades!
El equipo propone que la formación del objeto masivo, y su posterior emparejamiento con el radiopúlsar de rápido giro en una órbita estrecha, es el resultado de una historia de formación bastante exótica (Fig. 3) sólo es posible debido a su entorno local particular. El sistema se encuentra en el cúmulo globular NGC 1851, una densa colección de estrellas viejas que están mucho más compactas que las estrellas del resto de la galaxia. Aquí está tan poblado que las estrellas pueden interactuar entre sí, alterando sus órbitas y, en los casos más extremos, colisionando.
Se cree que una de esas colisiones entre dos estrellas de neutrones creó el objeto masivo que ahora orbita el radiopúlsar. Sin embargo, antes de que se creara el binario actual, el radiopúlsar debió haber adquirido primero material de una estrella donante en el llamado binario de rayos X de baja masa. Este proceso de “reciclaje” es necesario para hacer girar el púlsar a su velocidad de rotación actual. El equipo cree que esta estrella donante fue reemplazada por el objeto masivo actual en el llamado encuentro de intercambio.
"Este es el púlsar binario más exótico descubierto hasta ahora", afirma Thomas Tauris de la Universidad de Aalborg, Dinamarca. “Su larga y compleja historia de formación supera los límites de nuestra imaginación”.
Si bien el equipo no puede decir de manera concluyente si han descubierto la estrella de neutrones más masiva conocida, el agujero negro más ligero conocido o incluso alguna nueva variante de estrella exótica, lo que sí es seguro es que han descubierto un laboratorio único para sondear las propiedades de la materia bajo las condiciones más condiciones extremas en el Universo.
"Aún no hemos terminado con este sistema", dice Arunima Dutta.
Una impresión artística del sistema suponiendo que la estrella compañera masiva es un agujero negro. La estrella más brillante del fondo es su compañera orbital, el radiopúlsar PSR J0514-4002E. Las dos estrellas están separadas por 8 millones de kilómetros. (Imagen: Daniëlle Futselaar, artsource.nl)
Este púlsar, denominado PSR J0514-4002E, gira más de 170 veces por segundo, y cada rotación produce un pulso rítmico, como el tictac de un reloj. Al observar pequeños cambios en este tictac a lo largo del tiempo, utilizando una técnica llamada sincronización del púlsar, pudieron realizar mediciones extremadamente precisas de su movimiento orbital.
"Piense en ello como ser capaz de colocar un cronómetro casi perfecto en órbita alrededor de una estrella a casi 40,000 años luz de distancia y luego poder cronometrar esas órbitas con una precisión de microsegundos", dice Ewan Barr, quien dirigió el estudio junto con su colega de MPIfR y Candidata a doctorado Arunima Dutta.
La sincronización regular también permitió una medición muy precisa de la ubicación del sistema, mostrando que el objeto en órbita con el púlsar no era una estrella regular (es invisible en las imágenes de NGC 1851 del Telescopio Espacial Hubble); por lo tanto, es un remanente extremadamente denso de una estrella colapsada. estrella. Además, el cambio observado en el tiempo del punto de aproximación más cercano entre las dos estrellas (el periastrón) mostró que la compañera tiene una masa que era simultáneamente mayor que la de cualquier estrella de neutrones conocida y, sin embargo, menor que la de cualquier agujero negro conocido. colocándolo directamente en la brecha de masa del agujero negro.
“Sea lo que sea este objeto, es una noticia emocionante”, afirma Paulo Freire, del MPIfR. “Si se trata de un agujero negro, será el primer púlsar – sistema de agujeros negros conocido, que ha sido el Santo Grial de la astronomía de púlsares durante décadas. ¡Si se trata de una estrella de neutrones, esto tendrá implicaciones fundamentales para nuestra comprensión del estado desconocido de la materia en estas increíbles densidades!
El equipo propone que la formación del objeto masivo, y su posterior emparejamiento con el radiopúlsar de rápido giro en una órbita estrecha, es el resultado de una historia de formación bastante exótica (Fig. 3) sólo es posible debido a su entorno local particular. El sistema se encuentra en el cúmulo globular NGC 1851, una densa colección de estrellas viejas que están mucho más compactas que las estrellas del resto de la galaxia. Aquí está tan poblado que las estrellas pueden interactuar entre sí, alterando sus órbitas y, en los casos más extremos, colisionando.
Se cree que una de esas colisiones entre dos estrellas de neutrones creó el objeto masivo que ahora orbita el radiopúlsar. Sin embargo, antes de que se creara el binario actual, el radiopúlsar debió haber adquirido primero material de una estrella donante en el llamado binario de rayos X de baja masa. Este proceso de “reciclaje” es necesario para hacer girar el púlsar a su velocidad de rotación actual. El equipo cree que esta estrella donante fue reemplazada por el objeto masivo actual en el llamado encuentro de intercambio.
"Este es el púlsar binario más exótico descubierto hasta ahora", afirma Thomas Tauris de la Universidad de Aalborg, Dinamarca. “Su larga y compleja historia de formación supera los límites de nuestra imaginación”.
Si bien el equipo no puede decir de manera concluyente si han descubierto la estrella de neutrones más masiva conocida, el agujero negro más ligero conocido o incluso alguna nueva variante de estrella exótica, lo que sí es seguro es que han descubierto un laboratorio único para sondear las propiedades de la materia bajo las condiciones más condiciones extremas en el Universo.
"Aún no hemos terminado con este sistema", dice Arunima Dutta.
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- Fuente: https://www.nanowerk.com/news2/space/newsid=64455.php
