El Telescopio Espacial Fermi de Rayos Gamma de la NASA ha hecho la primera detección inequívoca de rayos gamma de alta energía de un enigmático sistema binario conocido como Cygnus X-3. La pareja del sistema consiste de una estrella caliente y masiva y un objeto compacto -o una estrella de neutrones o un agujero negro- que expulsa dos chorros de materia radioemisores hacia el espacio a más de la mitad de la velocidad de la luz.
En Cygnus X-3, un disco de acreción alrededor de un agujero negro o estrella de neutrones en órbita cercana a una estrella caliente y masiva. Los rayos gamma (púrpura, en este ejemplo) pueden surgir cuando los electrones en rápido movimiento hacia arriba y hacia abajo del disco colisionan con luz ultravioleta de la estrella. Fermi registra mucho más de esta emisión, cuando el disco está en el lado lejano de su órbita. Crédito: NASA Goddard Space Flight Center.
Los astrónomos llaman a estos sistemas microcuasares. Sus propiedades -las emisiones en toda una amplia gama de longitudes de onda, los cambios rápidos de brillo y los radio jets- parecen versiones en miniatura de las galaxias distantes (llamadas cuásares y blazares), cuyas emisiones se cree que son impulsadas por un enorme agujero negro.
"Cygnus X-3 es un auténtico microcuásar y es el primero para el cual podemos demostrar la emisión de rayos gamma de alta energía", dijo Stéphane Corbel, de la Universidad París Diderot, en Francia.
El sistema, detectado por primera vez en 1966 como una de las fuentes de rayos X más poderosas del cielo, era también una de las primeras fuentes de rayos gamma. Los esfuerzos para confirmar estas observaciones contribuyeron a estimular el desarrollo de mejores detectores de rayos gamma, un legado que culmina en el Telescopio de Gran Área (LAT) a bordo del Fermi.
En el centro de Cygnus X-3 se encuentra una enorme estrella tipo Wolf-Rayet. Con una temperatura superficial de 100.000 grados centígrados, o aproximadamente 17 veces más caliente que el sol, la estrella es tan caliente que sufre una hemorragia masiva hacia el espacio en la forma de un poderoso flujo llamado viento estelar. "En tan sólo 100.000 años, así de rápido, el denso viento le quita tanta masa a la estrella Wolf-Rayet como la que contiene nuestro sol", dijo Robin Corbet, de la Universidad de Maryland, Condado de Baltimore.
Cada 4,8 horas, un compañero compacto incrustado en un disco de gas caliente gira alrededor de la estrella. "Este objeto es más probable que sea un agujero negro, pero aún no podemos descartar una estrella de neutrones", señaló Corbet.
El LAT de Fermi detecta cambios en la emisión de rayos gamma de Cygnus X-3 relacionados con el movimiento orbital de 4,8 horas de su compañera. La más brillante emisión de rayos gamma se produce cuando el disco está en el lado lejano de su órbita. "Esto sugiere que los rayos gamma surgen de las interacciones entre los electrones que se mueven rápidamente por encima y por debajo del disco y la luz ultravioleta de la estrella," Corbel explicó.
Cuando los fotones ultravioleta golpean partículas que se mueven a una fracción del orden de la velocidad de la luz, los fotones ganan energía y se convierten en rayos gamma. "El proceso funciona mejor cuando un electrón energético ya en camino hacia la Tierra sufre una colisión frontal con un fotón de rayos ultravioleta", añadió Guillaume Dubus, en el Laboratorio de Astrofísica de Grenoble, Francia. "Y esto ocurre con más frecuencia cuando el disco está en el lado lejano de su órbita".
A través de procesos que no se comprenden totalmente, algo del gas que cae hacia el objeto compacto Cygnus X-3 se dirige hacia afuera en un par de estrechos chorros de dirección opuesta. Las radio observaciones con cronómetro del movimiento del gas dentro de estos jets registran una velocidad que supera la mitad de la velocidad de la luz.
Entre el 11 de octubre y el 20 de diciembre 2008, y de nuevo entre el 8 de junio y el 2 de agosto 2009, Cygnus X-3 era inusualmente activa. El equipo encontró que los estallidos en la emisión de rayos rayos gamma del sistema es precedido por los resplandores de los radio jet en aproximadamente cinco días, lo que sugería una relación entre los dos.
Los resultados, publicados en la edición electrónica de Science, proporcionarán nuevos conocimientos sobre cómo las partículas de alta energía se aceleran y sobre cómo se mueven a través de los jets.
Los colores más brillantes indican un mayor número de rayos gamma detectados en esta vista del LAT Fermi en una región centrada en la posición de Cygnus X-3 (círculo). Las fuentes más brillantes son los pulsares. Crédito: Colaboración NASA/DOE/Fermi LAT.
Esta imagen localiza el punto de vista en torno a Cygnus X-3 dentro del mapa de todo el cielo de Fermi. Crédito: Colaboración NASA/DOE/Fermi LAT.
En Cygnus X-3, un disco de acreción alrededor de un agujero negro o estrella de neutrones en órbita cercana a una estrella caliente y masiva. Los rayos gamma (púrpura, en este ejemplo) pueden surgir cuando los electrones en rápido movimiento hacia arriba y hacia abajo del disco colisionan con luz ultravioleta de la estrella. Fermi registra mucho más de esta emisión, cuando el disco está en el lado lejano de su órbita. Crédito: NASA Goddard Space Flight Center.Los astrónomos llaman a estos sistemas microcuasares. Sus propiedades -las emisiones en toda una amplia gama de longitudes de onda, los cambios rápidos de brillo y los radio jets- parecen versiones en miniatura de las galaxias distantes (llamadas cuásares y blazares), cuyas emisiones se cree que son impulsadas por un enorme agujero negro.
"Cygnus X-3 es un auténtico microcuásar y es el primero para el cual podemos demostrar la emisión de rayos gamma de alta energía", dijo Stéphane Corbel, de la Universidad París Diderot, en Francia.
El sistema, detectado por primera vez en 1966 como una de las fuentes de rayos X más poderosas del cielo, era también una de las primeras fuentes de rayos gamma. Los esfuerzos para confirmar estas observaciones contribuyeron a estimular el desarrollo de mejores detectores de rayos gamma, un legado que culmina en el Telescopio de Gran Área (LAT) a bordo del Fermi.
En el centro de Cygnus X-3 se encuentra una enorme estrella tipo Wolf-Rayet. Con una temperatura superficial de 100.000 grados centígrados, o aproximadamente 17 veces más caliente que el sol, la estrella es tan caliente que sufre una hemorragia masiva hacia el espacio en la forma de un poderoso flujo llamado viento estelar. "En tan sólo 100.000 años, así de rápido, el denso viento le quita tanta masa a la estrella Wolf-Rayet como la que contiene nuestro sol", dijo Robin Corbet, de la Universidad de Maryland, Condado de Baltimore.
Cada 4,8 horas, un compañero compacto incrustado en un disco de gas caliente gira alrededor de la estrella. "Este objeto es más probable que sea un agujero negro, pero aún no podemos descartar una estrella de neutrones", señaló Corbet.
El LAT de Fermi detecta cambios en la emisión de rayos gamma de Cygnus X-3 relacionados con el movimiento orbital de 4,8 horas de su compañera. La más brillante emisión de rayos gamma se produce cuando el disco está en el lado lejano de su órbita. "Esto sugiere que los rayos gamma surgen de las interacciones entre los electrones que se mueven rápidamente por encima y por debajo del disco y la luz ultravioleta de la estrella," Corbel explicó.
Cuando los fotones ultravioleta golpean partículas que se mueven a una fracción del orden de la velocidad de la luz, los fotones ganan energía y se convierten en rayos gamma. "El proceso funciona mejor cuando un electrón energético ya en camino hacia la Tierra sufre una colisión frontal con un fotón de rayos ultravioleta", añadió Guillaume Dubus, en el Laboratorio de Astrofísica de Grenoble, Francia. "Y esto ocurre con más frecuencia cuando el disco está en el lado lejano de su órbita".
A través de procesos que no se comprenden totalmente, algo del gas que cae hacia el objeto compacto Cygnus X-3 se dirige hacia afuera en un par de estrechos chorros de dirección opuesta. Las radio observaciones con cronómetro del movimiento del gas dentro de estos jets registran una velocidad que supera la mitad de la velocidad de la luz.
Entre el 11 de octubre y el 20 de diciembre 2008, y de nuevo entre el 8 de junio y el 2 de agosto 2009, Cygnus X-3 era inusualmente activa. El equipo encontró que los estallidos en la emisión de rayos rayos gamma del sistema es precedido por los resplandores de los radio jet en aproximadamente cinco días, lo que sugería una relación entre los dos.
Los resultados, publicados en la edición electrónica de Science, proporcionarán nuevos conocimientos sobre cómo las partículas de alta energía se aceleran y sobre cómo se mueven a través de los jets.
Los colores más brillantes indican un mayor número de rayos gamma detectados en esta vista del LAT Fermi en una región centrada en la posición de Cygnus X-3 (círculo). Las fuentes más brillantes son los pulsares. Crédito: Colaboración NASA/DOE/Fermi LAT.
Esta imagen localiza el punto de vista en torno a Cygnus X-3 dentro del mapa de todo el cielo de Fermi. Crédito: Colaboración NASA/DOE/Fermi LAT.
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