Estrella no tan brillante

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21 de octubre de 2010


Matthew McCrory, Francesca Valsecchi & Vicky Kalogera, Northwestern University

En una galaxia muy lejana, un agujero negro excepcionalmente masivo está viajando alrededor de una estrella masiva en una órbita inusualmente estrecha. También es extraño que la estrella no es tan brillante como debería ser. Los astrónomos se han preguntado sobre este sistema binario de rayos X, denominado M33 X-7, pero nadie pudo explicar todas sus características. Ahora, un equipo de investigadores de la Universidad del Noroeste lo ha conseguido.

Los investigadores han elaborado un modelo de la formación y de la historia evolutiva del sistema que explica todas las características observacionales del sistema: la órbita apretada, las grandes masas de la estrella y del agujero negro, la luminosidad en rayos X del agujero negro y por qué su estrella compañera es menos luminosa que lo que cabría esperar, dada su masa.

El modelo evolutivo se publica en la revista Nature. La investigación mejorará la comprensión de los astrónomos de cómo las estrellas masivas evolucionan e interactúan con el ambiente que las alberga, y arrojará luz sobre la física dpor trás del proceso de formación de un agujero negro.

“Nos atrajo este sistema, ya que tiene uno de los agujeros negros más masivos que se han formado a partir de una estrella, y, además, el resto de sus características, especialmente la masa de su estrella compañera y su órbita, no tenía ningún sentido desde un punto de vista evolutivo”, dijo Vicky Kalogera, profesora de física y astronomía en el Colegio Weinberg de Artes y Ciencias de esa Universidad.

M33 X-7 es uno de los pocos conocidos sistemas binarios de rayos X que contienen un agujero negro fuera de nuestra galaxia, y su estrella es la estrella más masiva que se haya descubierto en estos sistemas.

El modelo evolutivo de los investigadores de M33 X-7 se inicia con dos estrellas en un sistema binario (o en órbita una alrededor de la otra). Una estrella es de 100 masas solares (100 veces la masa del Sol), y la otra es de 30 masas solares. Las estrellas se encuentran en una órbita cercana, con la estrella más grande creciendo rápidamente hasta casi envolver a la otra. La estrella inicialmente más pequeña gana material de su compañera, mientras que la estrella inicialmente más grande y más masiva colapsa en un agujero negro en el final de su vida alimentada por la energia nuclear. La órbita se vuelve entonces aún más estrecha.

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La estrella, que tiene ahora 70 masas solares, no es tan luminosa como las estrellas de masa similar en parte debido a la forma en que ganó su masa y, en parte debido a la inclinación del sistema con respecto a nosotros. Por un lado, la estrella acreta materia tan rápidamente de su interacción con la otra estrella (ahora un agujero negro) que no puede ajustarse lo suficientemente rápido a su mayor masa. Por lo tanto, la estrella no quema su combustible tan eficientemente como lo puede hacer una estrella no perturbada de esa masa. Por otra parte, la estrella se deforma debido a la presencia cercana de un agujero negro masivo, y la temperatura de la estrella y la luminosidad no son uniformes en toda la superficie. Este efecto, combinado con la inclinación del sistema con respecto a nuestra línea de visión, significa que estamos mirando las más tenues regiones ecuatoriales de la estrella.

Y ahora el agujero negro masivo se vuelve aún más grande. La estrella compañera lo alimenta de materia a través del viento estelar. En ese proceso se emiten rayos X, lo que permite a los astrónomos observar el agujero negro.

“Los agujeros negros solitarios son muy difíciles de observar, pero los sistemas binarios de rayos X, tales como M33 X-7, hacen que los agujeros negro sean visibles para nosotros”, dijo Francesca Valsecchi, estudiante de doctorado en el grupo de investigación Kalogera y autora principal del artículo. “Estos sistemas proporcionan un laboratorio de física único para el estudio de objetos compactos masivos”.

Valsecchi, Kalogera y sus colegas realizaron cálculos detallados de la evolución del sistema binario para explorar posibles trayectorias evolutivas. Se utilizó la información conocida sobre la física de las interacciones estelares binarias y los procesos de formación de agujeros negros.

En su trabajo inicial, se encontraron más de 200.000 secuencias en un cluster de computación de alto rendimiento, que le tomó un par de meses. Luego, los investigadores examinaron una serie de estas secuencias con más detalle y fueron capaces de identificar el modelo final, de acuerdo con todas las características observacionales de M33 X-7.

M33 X-7 es un sistema binario de rayos X descubierto en 2007 en la galaxia Messier 33, conocida como M33. La galaxia Messier 33 está un poco más lejos de nosotros que la galaxia de Andrómeda y se encuentra entre los objetos más lejanos que se pueden ver permanentemente a simple vista.

El título del artículo es Formation of the black-hole binary M33 X-7 via mass-exchange in a tight massive system (La formación del agujero negro binario M33 X-7 a través del intercambio de masas en un sistema masivo apretado). Además de Kalogera y Valsecchi, otros autores del artículo son Evert Glebbeek, Will M. Farr, Tassos Fragos, Bart Willems, Jerome A. Orosz y Liu Jifeng.

Más información en:

http://www.wsunews.wsu.edu/

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