El telescopio Fermi observa en el interior de un micro-quásar

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Micro-quásar Cygnus-X3
En Cygnus X-3, un disco de acreción que rodea un agujero negro o estrellas de neutrones orbita cerca de una estrella masiva caliente. Los rayos gamma (en púrpura en esta ilustración) surgen probablemente cuando los electrones de movimiento rápido por encima y debajo del disco colisionan con la luz ultravioleta de la estrella. Fermi ve más de esta emisión cuando el disco está en el lado más lejano de su órbita. Crédito: Centro de Vuelo Espacial Goddard de la NASA

El Telescopio Espacial de Rayos Gamma Fermi de la NASA ha hecho la primera detección inequívoca de rayos gamma de alta energía procedente de un enigmático sistema binario conocido como Cygnus X-3. El sistema empareja a una estrella masiva caliente con un objeto compacto – una estrella de neutrones o un agujero negro – que expulsan chorros de materia emisores de radio al espacio a más de la mitad de la velocidad de la luz.

Los astrónomos llaman a estos sistemas microquásares. Sus propiedades – potentes emisiones a lo largo de un amplio rango de longitudes de onda, rápidos cambios de brillo, y chorros de radio – recuerdan a versiones en miniatura de las versiones de galaxias lejanas (llamadas quásares y blázars) cuyas emisiones se cree que están alimentadas por enormes agujeros negros.

“Cygnus X-3 es un auténtico microquásar y es el primero para el cual podemos demostrar una emisión de rayos gamma de alta energía”, dijo Stéphane Corbel en la Universidad de París Diderot en Francia.

El sistema, detectado por primera vez en 1966 como una de las fuentes de rayos-X más potentes del cielo, también fue una de las primeras fuentes de rayos gamma. Los esfuerzos por confirmar esas observaciones ayudaron a espolear el desarrollo de detectores de rayos gamma mejorados, un legado que culmina en el Telescopio de Gran Área (LAT) a bordo de Fermi.

En el centro de Cygnus X-3 hay una estrella masiva Wolf-Rayet. Con una temperatura superficial de 100 000 grados C, o aproximadamente 17 veces más caliente que el Sol, la estrella está tan caliente que su masa se filtra al espacio en forma de un potente flujo externo conocido como viento estelar. “En apenas 100 000 años, este denso y rápido viento elimina tanta masa de la estrella Wolf-Rayet como la que contiene nuestro Sol”, dijo Robin Corbet de la Universidad de Maryland, en el condado de Baltimore.

Cada 4,8 horas,una compacta compañera incrustada en un disco de gas caliente gira alrededor de la estrella. “Este objeto es probablemente un agujero negro, pero aún no podemos descartar que sea una estrella de neutrones”, señala Corbet.

El LAT de Fermi detectó cambios en la emisión de rayos gamma de Cygnus X-3 relacionados con el movimiento orbital de 4,8 horas de la compañera. La emisión de rayos gamma más brillante tiene lugar cuando el disco está en el lado más alejado de su órbita. “Esto sugiere que los rayos gamma surgen de las interacciones entre los electrones de movimiento rápido por encima y por debajo del disco y la luz ultravioleta de la estrella”, explica Corbel.

Cuando los fotones ultravioleta impactan en partículas que se mueven a una apreciable fracción de la velocidad de la luz, los fotones ganan energía y se convierten en rayos gamma. “El proceso funciona mejor cuando un electrón energético que ya está en camino hacia la Tierra sufre una colisión frontal con un fotón ultravioleta”, añade Guillaume Dubus del Laboratorio de Astrofísica en Grenoble, France. “Y esto ocurre más a menudo cuando el disco está en el lado más lejano de su órbita”.

A través de procesos que no se comprenden por completo, parte del gas cae al objeto compacto de Cygnus X-3 en lugar de salir hacia fuera en un par de estrechos chorros dirigidos en sentidos opuestos. Las observaciones de radio midieron el movimiento del gas dentro de estos chorros en más de la mitad de la velocidad de la luz.

Entre el 11 de octubre y el 20 de diciembre de 2008, y de nuevo entre el 8 de junio y el 2 de agosto de 2009, Cygnus X-3 estuvo inusualmente activo. El equipo encontró que los estallidos en la emisión de rayos gamma del sistema venían precedidos de una llamarada en el chorro de radio aproximadamente en cinco días, sugiriendo sólidamente una relación entre ambos.

Los hallazgos, publicados hoy en la edición electrónica de Science, proporcionarán una nueva visión de cómo se aceleran las partículas de alta energía y cómo se mueven en los chorros.


Autor: Francis Reddy
Fecha Original: 26 de noviembre de 2009
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