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Las binarias de rayos X

Index:








Binarias Estrellas binarias de rayos X con emisión radio

 

1. Sistemas de dos estrellas

Las estrellas binarias o dobles son sistemas formados por dos estrellas ligadas gravitatoriamente. Hoy en día sabemos que éste es un fenómeno muy común en nuestra galaxia, donde aproximadamente la mitad de las estrellas se han formado en este tipo de sistemas. Históricamente, su estudio ha proporcionado mucha información sobre la física estelar. Por ejemplo, son la mejor herramienta disponible para la medida directa de la masa de las estrellas. Ha sido también gracias a sistemas binarios que contienen púlsares que se ha obtenido la comprobación experimental de algunas predicciones de la teoría de la relatividad general.

 

2. Sistemas binarios en interacción

Durante gran parte de su vida, las componentes de un sistema binario orbitan a distancias comparativamente mayores que las dimensiones de sus respectivos lóbulos de Roche, es decir, la superficie equipotencial que separa las regiones de influencia gravitatoria dominante de cada una de las componentes. Durante este tiempo, las estrellas del sistema evolucionan como si se encontraran aisladas. Sin embargo, a lo largo de la evolución de cada una de las componentes, algunos de los parámetros físicos del sistema (masa, radio, semieje orbital, viento estelar, etc.) pueden variar apreciablemente. De esta forma, se pueden producir situaciones en que el radio de una de las componentes sea comparable, o incluso mayor, que el tamaño de su lóbulo de Roche. En esta situación, es posible que haya una transferencia de masa entre las componentes del sistema a través del punto interno de Lagrange. Alternativamente, también es posible que haya transferencia de masa debido al viento estelar. La captura y posterior acreción de esta masa por parte de la compañera de la estrella "donante" puede dar lugar a fenómenos capaces de modificar sustancialmente las propiedades globales del sistema, que pueden ser observados en casi todo el espectro electromagnético.

 

3. Binarias de rayos X

Hay una amplia diversidad de sistemas binarios en interacción, dependiendo del mecanismo de transferencia de  masa y del tipo de estrellas componentes. El tipo concreto que  nos interesa es el de binarias de rayos X (que emiten en rayos X , de las que se conocen más de un centenar) y que además hayan sido detectadas en longitudes de onda radio. Nos referiremos a ellas simplemente como radio binarias X. En la actualidad se conocen una veintena, e incluyen sistemas como Cygnus X-1, que posiblemente alberga un agujero negro, LSI +61o303 y Circinus X-1, las dos únicas radiofuentes del cielo claramente periódicas, además de los púlsares; y Cygnus X-3, famosa por sus erupciones radio en que su luminosidad aumenta hasta tres órdenes de magnitud en poco más de un día.

El interés de las radio binarias X reside en que muchos de los procesos físicos que tienen lugar en ellas son versiones a escala reducida de lo que sucede en algunas galaxias activas y quásares. Al ser objetos pertenecientes a nuestra galaxia y, por lo tanto, relativamente cercanos, pueden ser estudiados con técnicas de alta resolución angular, como la interferometría de muy larga linea de base (Very Long Baseline Interferometry o VLBI), que nos permiten alcanzar resoluciones espaciales del orden de una unidad astronómica de distancia (UA), imposibles de alcanzar para una fuente extragaláctica.

 

4. Microcuásares

En los últimos años ha aumentado aún más el interés por las radio binarias X, al descubrirse varias fuentes de rayos X duros (> 40 keV) en dirección al centro galáctico. Su contrapartida radio está constituida por una fuente central compacta y variable de la que emana un chorro o jet bipolar. Se trata de radio binarias X en que la componente compacta es un agujero negro con un disco de acreción, perpendicularmente al cual se eyecta plasma relativista con un alto grado de colimación. Una de ellas, GRS1915+105, ha resultado ser la primera fuente conocida en la galaxia que eyecta condensaciones de materia a velocidades aparentemente superlumínicas. Han sido bautizadas con el nombre de microcuásares porque se comportan como los cuásares extragalácticos, pero a escala reducida.

Un equipo formado por los investigadores Josep M. Paredes Poy (Universitat de Barcelona), Josep Martí Ribas (Universidad de Jaén), Marc Ribó Gomis (Universitat de Barcelona) y Maria Massi (Max Planck Institut für Radioastronomie) descubrió en el año 2000 el primer microcuásar con emisión gamma de alta energía. Este descubrimiento fue publicado en la revista Science (volumen 288, página 2340), con el título Discovery of a High-Energy Gamma-Ray-Emitting Persistent Microquasar.

Los microcuásares, de los que actualmente sólo se conocen una docena de casos, son estrellas binarias de rayos X que se comportan como versiones a pequeña escala de los cuásares. Los autores de esta investigación descubrieron que la estrella LS 5039, situada en la constelación de Scutum, es un nuevo microcuásar de nuestra galaxia, con eyección continuada de plasma relativista en forma de jets. Estas estructuras se pueden ver en la imagen radio obtenida por este grupo mediante interferometría de muy larga base, realizada con los instrumentos VLBA y VLA.

Un microcuásar se descubre habitualmente después de haber tenido lugar una explosión detectada con los satélites de rayos X. Por contra, la selección de LS 5039 como candidato a microcuásar fue el fruto de un minucioso proceso de cruce de catálogos (óptico, radio y rayos X). El resultado positivo de este método de identificación abre nuevas perspectivas en cuanto a la posibilidad de descubrir nuevos microcuásares, que hasta ahora no han presentado ninguna explosión que nos alertara de su existencia. Este hecho indica que el fenómeno de los microcuásares podría ser mucho mas común de lo que hasta ahora se había considerado.

Además, este microcuásar es la única fuente de rayos X del catálogo ROSAT de fuentes brillantes que tiene una posición concordante con la fuente de rayos gamma de alta energía 3EG J1824-1514, lo cual sugiere firmemente que se trata del mismo objeto emitiendo a diferentes bandas del espectro electromagnético. Cabe destacar que esta fue la primera vez que se encuentró una asociación entre un microcuásar y una fuente de rayos gamma de alta energía. Este hecho es importante si tenemos en cuenta que el 63% de las 271 fuentes de rayos gamma catalogadas con el instrumento EGRET (E > 100 Mev) no están identificadas. Por otro lado, de las que se conoce su naturaleza, 5 son púlsares de nuestra galaxia y el resto son fuentes extragalácticas. En consecuencia, este hallazgo revela la existencia de un nuevo tipo de fuente galáctica con emisión gamma, e indica que algunas de las fuentes gamma hasta ahora no identificadas, podrían pertenecer a esta nueva clase de objetos: los microcuásares con emisión gamma.

Así pues, este descubrimiento puede representar un avance importante en la comprensión de las fuentes de rayos gamma de alta energía, así como de los microcuásares.

 

5. ¿Por qué observar estas binarias con PARTNeR?

Algunas binarias de rayos-X presentan, de manera no periódica, grandes erupciones en las que la emisión radio que observamos varía de manera extraordinaria. Como resultado de estas erupciones, en los días siguientes se ha podido observar, mediante el uso de tecnicas de interferometría radio, la existencia nubes de plasma desplazándose a velocidades relativistas. Para poder realizar este tipo de estudio, es importante conocer el momento en que tiene lugar la erupción. Ello requiere que de manera rutinaria se haga un seguimiento de la emisión de la fuente, de manera que cuando su nivel de emisión aumente drásticamente se pueda alertar a la comunidad. Ello permite que diferentes grupos de científicos, que trabajan con diferentes instrumentos, puedan seguir la evolución y análisis a diferentes longitudes de onda.

Otro ejemplo sería que el disponer durante mucho tiempo de datos observacionales en radio de algunas binarias de rayos-X permite estudiar la existencia de periodicidades y correlaciones con observaciones en otras longitudes de onda.

 

Créditos

Este curso de binarias de Rayos X ha sido realizado por los Dres. Robert Estalella, y Josep María Paredes, pertenecientes al Departament d'Astronomia i Meteorologia, Universitat de Barcelona.