¿Fuentes cósmicas de rayos X que incumplen las leyes de la física?

Los objetos cósmicos exóticos conocidos como fuentes de rayos X ultraluminosas producen unos 10 millones de veces más energía que el Sol. De hecho, son tan brillantes que las observaciones indican que sobrepasan un límite físico llamado límite de Eddington. Este límite pone un tope a lo brillante que puede ser un objeto en función de su masa. Las fuentes de rayos X ultraluminosas superan regularmente este límite entre 100 y 500 veces, lo cual ha venido dejando perplejos a los científicos.

El equipo internacional de Matteo Bachetti, del Observatorio Astronómico de Cagliari en Italia, se ha valido de una medición, la primera de su tipo, de una de esas fuentes de rayos X ultraluminosas, realizada mediante el telescopio espacial NuSTAR (Nuclear Spectroscopic Telescope Array) de la NASA. La medición confirma que estos emisores de luz son realmente tan brillantes como parecen y que sobrepasan ampliamente el límite de Eddington.

Una hipótesis sugiere que este brillo que supera el límite se debe a los fuertes campos magnéticos de las fuentes de rayos X ultraluminosas. Pero solo se puede comprobar esta hipótesis mediante observaciones astronómicas. Los campos magnéticos de una fuente de rayos X ultraluminosa no pueden reproducirse en un laboratorio de la Tierra, ya que son hasta miles de millones de veces más potentes que los imanes más potentes fabricados en nuestro mundo.

Las partículas de luz, los fotones, ejercen un pequeño empuje sobre los objetos que encuentran. Si un objeto cósmico como una fuente de rayos X ultraluminosa emite suficiente luz por metro cuadrado, el empuje hacia fuera de los fotones puede superar la atracción hacia dentro de la gravedad del objeto. Cuando esto sucede, un objeto ha alcanzado el límite de Eddington, y la luz del objeto empujará teóricamente cualquier gas u otro material que caiga hacia él.

Ese cambio (cuando la luz supera a la gravedad) es significativo, porque el material que cae sobre una fuente de rayos X ultraluminosa es la fuente de su brillo. Esto es algo que se observa con frecuencia en los agujeros negros: cuando su fuerte gravedad atrae gas y polvo, estos materiales pueden calentarse e irradiar luz. Se solía creer que las fuentes de rayos X ultraluminosas debían ser agujeros negros rodeados de brillantes envolturas de gas. Pero en 2014, los datos de NuSTAR revelaron que una fuente de rayos X ultraluminosa llamada M82 X-2 es en realidad un objeto menos masivo, concretamente uno del tipo conocido como estrella de neutrones. Al igual que los agujeros negros, las estrellas de neutrones se forman cuando una estrella muere en forma de supernova y su núcleo se derrumba sobre sí mismo, prensando una masa mayor que la de nuestro Sol hasta hacer que quepa en una esfera con un diámetro similar a lo que mide de extremo a extremo una ciudad mediana o grande.

Esta increíble densidad también crea en la superficie de la estrella de neutrones una atracción gravitatoria unos 100 billones de veces más fuerte que la atracción gravitatoria en la superficie de la Tierra. El gas y otros materiales arrastrados por esa gravedad son acelerados a millones de kilómetros por hora, liberando una tremenda energía cuando chocan contra la superficie de la estrella de neutrones. Por ejemplo, un objeto tan liviano como la golosina esponjosa conocida con nombres como nube, gomita o malvavisco, que se dejase caer en la superficie de una estrella de neutrones, la golpearía con la energía de mil bombas de hidrógeno. Estos impactos tan amplificados producen la luz de rayos X de alta energía que detecta NuSTAR.

El reciente estudio se centró en la misma fuente de rayos X ultraluminosa que protagonizó el hallazgo de 2014. Los autores del nuevo estudio han constatado que, como un parásito cósmico, M82 X-2 está robando unos 9.000 millones de billones de toneladas de material al año de una estrella vecina, o lo que es lo mismo, una vez y media la masa de la Tierra. Conociendo la cantidad de material que golpea la superficie de la estrella de neutrones, se puede estimar lo brillante que debería ser la fuente de rayos X ultraluminosa, y los cálculos coinciden con mediciones independientes de su brillo. El trabajo confirma pues que M82 X-2 supera el límite de Eddington.

La hipótesis apoyada por el nuevo estudio sugiere que los descomunales campos magnéticos reinantes en esa estrella de neutrones y en otras son capaces de distorsionar los átomos aproximadamente esféricos hasta hacerles adoptar formas alargadas. Esto reduciría la capacidad de los fotones para empujar a los átomos, aumentando en última instancia el brillo máximo posible de un objeto.

En esta ilustración de una fuente ultraluminosa de rayos X, dos ríos de gas caliente son arrastrados hacia la superficie de una estrella de neutrones. Los campos magnéticos intensos, en verde, pueden alterar la interacción entre la materia y la luz cerca de la superficie de las estrellas de neutrones, aumentando su brillo. (Imagen: NASA JPL / Caltech)

El estudio se titula “Orbital Decay in M82 X-2” y se ha publicado en la revista académica The Astrophysical Journal. (Fuente: NCYT de Amazings)