El Observatorio de rayos X Chandra de la NASA ha detectado por
primera vez en los rayos X, una huella estelar conocida como perfil P Cygni--la
firma espectral característica de un potente viento producido por un objeto en
el espacio. El
descubrimiento revela un viento de 4,5 millones de millas hora en cada hora procedente de
un par muy compacto de estrellas en nuestra galaxia, el informe del investigadores de
Penn State y el Massachusetts Institute of Technology en un documento que
presentara el 08 de noviembre de 2000 durante una reunión de la División de
Astrofísica de High-Energy de la Sociedad Astronómica Americana en Honolulu,
Hawaii. El documento
también ha sido aceptado para su publicación en The Astrophysical Journal .
"A nuestro conocimiento, estos son los primeros perfiles de P
Cygni informó en rayos X,", dicen los investigadores Niel Brandt, profesor de
Astronomía y astrofísica en la Universidad Estatal de Pensilvania y Norbert S.
Schulz, investigador en el Instituto de tecnología de Massachusetts.
El equipo hizo el
descubrimiento durante su primera observación de un sistema estelar binario con
el Observatorio Chandra de rayos X, que fue lanzado al espacio en julio de 1999.
El sistema, conocido
como Circinus X-1, se encuentra a unos 20.000 años luz de la tierra en la
constelación de Circinus cerca de la Cruz del Sur. Contiene una estrella de neutrones
super-densa en órbita alrededor de una estrella normal de grabación de fusión
como nuestro sol. Aunque Circinus X-1 fue descubierto en 1971, muchas propiedades
de este sistema siendo misteriosas porque Circinus X-1 se encuentra en el plano
galáctico donde tapan polvo y gas han bloqueado su estudio eficaz en muchas
longitudes de onda.
El
perfil espectral P Cygni, previamente detectado principalmente en longitudes
ultravioleta y óptico pero nunca antes en los rayos X, porque los Astrónomos no disponían de una herramienta para sondear vientos estelares. El perfil se ve como el contorno de
una montaña rusa, con una gran colina y Valle en el centro, en una trama de
datos con velocidad de uno de los ejes y la tasa de flujo de fotones por segundo
en el otro. Nombrado
después de la famosa estrella P Cygni, en el que dichos perfiles han sido
observados por más de cien años. "Cuando ves un perfil P Cygni, inmediatamente sabes el objeto
que se está observando es producir una salida y potente," dice Brandt.
Chandra es el primer
observatorio de rayos x capaz de capturar datos de resolución lo suficientemente
altos para revelar un perfil de rayos X P Cygni.
Brandt y Schulz dicen que su descubrimiento se produjo porque
fueron capaces de utilizar a Chandra continuamente un tercio de un día para
observar Circinus X-1, además su señal en rayos x generalmente es muy
brillante, en parte porque está relativamente cerca en nuestra galaxia.
Líneas de P Cygni a
longitudes de onda ultravioletas o ópticos no se habían previamente vistas desde
Circinus X-1 porque una gran cantidad de polvo en el plano galáctico se
encuentra entre la tierra y este sistema y este polvo es un eficaz amortiguador
de la luz ultravioleta y óptica. Sin embargo, los rayos x energético creado por Circinus X-1
podría penetrar fácilmente a través del polvo y gas--similar a la forma que
radiografías médicas en la tierra pueden penetrar a través de órganos de
personas. "Estábamos esperando detectar algún tipo de emisión de línea de
rayos x de la estrella de neutrones acreción en Circinus X-1, pero nos cogió
totalmente por sorpresa al observar una estructura compleja de emisiones como un
perfil P Cygni en rayos x de alta energía." dice schulz. "Esta detección claramente marca una nueva
área en Astrofísica de rayos X, donde podremos estudiar las estructuras
dinámicas del universo como hacemos actualmente en longitudes de onda
ultravioletas o ópticos.
Brandt y
Schulz disponen de dos instrumentos de Chandra, conocidos como los High-Energy transmisión
reja espectrómetro (HETGS), utilizado para detectar los rayos x y producir un
espectro de rayos x de alta resolución de Circinus X-1. Este espectro es análogo al arco iris que
podemos ver a longitudes de onda ópticas. "Espectro de rayos x de Chandra es 50 veces
más detallada que podrían obtener anteriores observatorios de rayos X," dice
Schulz. En primer
lugar, las rejillas de transmisión super-fine actuaban como un prisma para
separar los rayos x en bandas de energía discretos. A continuación, Advanced CCD Imaging
Spectrometer (SIAC) fue utilizado como una cámara para grabar los datos
espectrales de rayos X, que equipos procesan y trazan en un gráfico, revelando
la firma P Cygni. Elementos específicos, tales como silicio o hierro, emiten
específicos longitudes de onda de rayos X, revelando su presencia en el material
de emisión para los astrónomos.
Antes de la observación con Chandra, los astrónomos sabían la
fuerza de gravedad en un sistema binario de rayos x, tiras de material en la
superficie de la estrella normal y, a continuación, extrae este material hacia
la superficie de la estrella de neutrones super-dense, formando una nube espiral
relativamente plana de gas llamado un disco de acreción. Los datos detallados de Chandra revelan,
además, que la radiación y las fuerzas de rotación en el Circinus X-1 disco son
voladuras de la espiral de perfeccionamiento activo el gas vuelve al espacio en un
viento poderoso, que crea las líneas P Cygni en espectro del
objeto.
Perfiles
P Cygni llevan mucha información de diagnóstico que es difícil de obtener en
otras formas, tales como la rapidez del viento que está avanzando, cuánto el material
que contiene, cómo densa es y su composición química. "El viento procedente de Circinus X-1 se
compone de gas que contiene altamente ionizado átomos de silicio, neón, hierro,
magnesio y azufre y su pico observao de velocidad es de unos 4,5 millones de
kilómetros hora en cada hora--tan rápido que cruzaría el radio completo de la tierra en
unos tres segundos," informes de Brandt.
Los astrónomos utilizan técnicas Doppler que detectan
velocidades positivas de material al alejarse de la tierra, con las señales que se
desplazó hacia el final rojo del espectro y velocidades negativas de material
que viene hacia la tierra, con señales desplazadas hacia el extremo azul del
espectro. "Nos
enteramos de que estas dos estrellas claramente interactúan dramáticamente
mientras este viento sopla hacia afuera a gran velocidad, que parece estar
causando ciertas propiedades del viento a cambiar con el tiempo," dice
Schulz.
Animación que muestra la fuerte variabilidad en
el tiempo de una de las líneas espectrales de P Cygni vistas por Chandra de
Circinus X-1 (haga clic en la imagen para ver animación)
Crédito: Niel Brandt y Norbert
Schulz
(Nota: esta animación es la misma que
he mencionado en el párrafo anterior).
Átomos
irradiados con rayos x energéticos pueden emitir así como absorber longitudes de
onda específicas. Si
los astrónomos observan la emisión o absorción depende del Estado y medio
ambiente de los átomos irradiados, estos procesos llevan información vital sobre
el material de emisión y absorción. En cuanto a la película time-lapse, Schulz comentó que "se
puede ver este perfil voltear hacia arriba y hacia abajo entre una línea fuerte
de emisión del lado rojo y una línea de fuerte absorción del lado azul.
Aún plenamente no
entienden lo que esto significa, pero indican la naturaleza dinámica de este
sistema. Vemos indicios
de que a veces la emisión o la absorción de la región está oscurecida por
asunto tan espeso que rayos x no puede penetrarlo ".
Los investigadores dicen que su descubrimiento es que Circinus X-1
tiene un viento de alta velocidad que lo importante es que este sistema de dos
estrellas pequeñas tiene ahora sorprendentes similitudes con un tipo de galaxia
activa luminosa conocido como un quásar de amplia línea de absorción. Amplia línea de absorción de los
quásares son galaxias que contiene un violento centros impulsado por agujeros
negros supermasivos. "Este tipo de galaxia tiene un disco de acreción alrededor de
su agujero negro de más muy fuertes vientos creados cuando la radiación empuja
material fuera del disco y salen al espacio", dice Brandt. "Los vientos de disco desde la amplia línea
de absorción quásares creación P Cygni líneas en los espectros de estos objetos.
Circinus X-1, con los
perfiles de rayos X P Cygni recién detectados, aparece en muchas maneras de ser
una versión microscópica de un quásar de amplia línea de
absorción."
Aunque
un AGN típico tiene un agujero negro de aproximadamente diez millones de masas solares
en su centro, mientras que el sistema Circinus X-1 tiene una estrella de
neutrones sólo ligeramente más masiva que nuestro Sol, ambos sistemas deben
obedecer las mismas leyes de la física,"dice Brandt. "El gas es gas y gravedad es la gravedad y
eso es todo hay que--pones gas y gravedad junto y hacer un disco y a menudo,aparece, un viento generado por el disco." Los investigadores esperan rayos X P Cygni
perfiles se encontrará una propiedad bastante común de archivos binarios de
rayos x que contiene estrellas de neutrones y agujeros negros. "Si podemos encontrar perfiles de
rayos X P Cygni en un sistemas más, podemos aprender mucho sobre la geometría y la
dinámica de los vientos que emiten estos sistemas," dice Schulz. "Debido a la naturaleza penetrante
de rayos X, rayos X P Cygni líneas tienen la ventaja significativa que pueden
ser utilizados para sondeo de vientos incluso de sistemas que son fuertemente
oscurecidos por el polvo a lo largo de la línea de visión."
El espectrómetro de reja de transmisión de High-Energy fue
construido por el Instituto de tecnología de Massachusetts con Bruno Rossi
profesor Claude Canizares como Investigador Principal. La cámara de rayos X ACIS fue concebida y
desarrollada por la NASA por Penn State y el Massachusetts Institute of
Technology bajo la dirección de Gordon Garmire, Evan Pugh profesor de Astronomía
y Astrofísica de la Universidad Estatal de Pensilvania. La observación de Circinus X-1 fue parte de
la primera ronda del programa de observadores de invitado de Chandra.
El programa de
observador invitado es un competitivo uno abierto a la comunidad científica
mundial.
Marshall Space Flight Center de la NASA en Huntsville, Alabama,
administra el programa Chandra. TRW Inc., Redondo Beach, California, es el principal
contratista de la nave. Centro de rayos x de Chandra del Smithsonian controla las
operaciones de vuelo y ciencia de Cambridge, Massachusetts.
Esta investigación fue apoyada por el centro de
rayos X Chandra, la Fundación Alfred p. Sloan y el Smithsonian Astrophysical
Observatory.
Se trata de un comunicado de prensa
conjunto de Penn State y el Massachusetts Institute of Technology
Traducción. R.J.Dillon
