Nueva fuente de rayos X encontrada en la Pequeña Nube de Magallanes
Un telescopio espacial detecta una rara explosión súper suave de un sistema estelar binario.
A. Marino, H. Yang, F. Coti Zelati, N. Rea, S. Guillot, G. K. Jaisawal, C. Maitra, J. -U. Ness, F. Haberl, E. Kuulkers, W. Yuan, H. Feng, L. Tao, C. Jin, H. Sun, W. Zhang, W. Chen, E. P. J. van den Heuvel, R. Soria, B. Zhang, S. -S. Weng, L. Ji, G. B. Zhang, X. Pan, Z. Lv, C. Zhang, Z. Ling, Y. Chen, S. Jia, Y. Liu, H. Q. Cheng, D. Y. Li, K. C. Gendreau, M. Ng, T. E. Strohmayer
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Tabla de contenidos
El 27 de mayo de 2024, un telescopio espacial llamado Einstein Probe observó un destello brillante de luz X proveniente de una nueva fuente en la Pequeña Nube de Magallanes, una galaxia cercana. Esta fuente fue identificada rápidamente y luego clasificada como un tipo de sistema estelar binario donde una enana blanca está extrayendo material de una estrella tipo Be. Este evento muestra la importancia de los telescopios modernos para detectar fenómenos cósmicos raros y el potencial para nuevos descubrimientos.
El Descubrimiento
El destello de luz X fue detectado durante las primeras operaciones de la misión Einstein Probe. Esta nave espacial está diseñada para buscar cambios repentinos en las emisiones de Rayos X de varios objetos celestiales. Después de la detección inicial, observaciones de seguimiento de otros telescopios confirmaron la presencia de una nueva fuente de rayos X muy suave.
La fuente, etiquetada como CXOU J005245.0 722844, parecía estar experimentando una erupción super-suave. Este término describe un Estallido de rayos X de una estrella que es mucho más suave de lo que se suele ver en otras explosiones cósmicas. En este caso, la emisión de rayos X alcanzó su punto máximo y luego se desvaneció rápidamente en una semana.
Características de la Fuente
El Espectro de rayos X de esta fuente mostró varias características. Los científicos notaron la presencia de ciertas líneas y bordes en el espectro, indicando los elementos presentes en el material que se emitía. Estos incluían líneas de oxígeno, nitrógeno y neón, que brindan pistas sobre lo que está sucediendo en el sistema estelar.
La situación se asemeja a las erupciones de novas, que ocurren cuando el material se acumula en una enana blanca hasta que se enciende en un estallido de energía. Curiosamente, esta fuente había sido vinculada previamente a una estrella masiva que mostraba un patrón predecible de cambios de brillo cada 17.55 días, lo que sugiere su naturaleza binaria.
Sistemas Binarios BeWD
Los binarios Be-enana blanca (BeWD) son un tipo especial de sistema estelar binario. Una enana blanca es un remanente denso de una estrella que ha consumido la mayor parte de su combustible, mientras que una estrella Be es un tipo de estrella más grande que aún está en su fase activa de quema de combustible. En un sistema BeWD, la enana blanca extrae gas y otros materiales de la estrella Be.
Los modelos de cómo evolucionan las estrellas en estos sistemas sugieren que los BeWD deberían existir más frecuentemente que otros tipos de sistemas donde una estrella masiva interactúa con una estrella de neutrones. Sin embargo, muchos de estos sistemas no son fáciles de encontrar, y solo unos pocos han sido confirmados a través de erupciones de rayos X.
La emisión de estos sistemas durante una erupción se caracteriza normalmente por rayos X muy suaves, con poca o ninguna emisión a energías más altas. Esto indica que la energía liberada es el resultado de reacciones nucleares en o cerca de la superficie de la enana blanca.
Observaciones y Recolección de Datos
Se usaron varios telescopios para estudiar de cerca esta fuente después de su descubrimiento. El Einstein Probe llevaba dos instrumentos clave para captar las emisiones de rayos X: el Telescopio de Rayos X de Campo Amplio (WXT) y el Telescopio de Rayos X de Seguimiento (FXT). Estos instrumentos tienen capacidades específicas que les permiten detectar y analizar fuentes de rayos X de manera efectiva.
El WXT tiene un área de visión grande y utiliza ópticas especiales para capturar luz desde una amplia gama de ángulos. Esta característica es crucial para detectar fuentes transitorias que pueden aparecer y desaparecer rápidamente. El FXT también se utilizó en diferentes modos para recopilar más datos sobre la fuente y su comportamiento con el tiempo.
Los datos de otros telescopios, incluido el Observatorio Neil Gehrels Swift, también se incluyeron en el análisis. Se realizaron observaciones durante varios días, lo que permitió a los científicos rastrear cómo cambiaba la emisión de rayos X con el tiempo.
Curva de Luz y Comportamiento
La curva de luz de la fuente, un gráfico que muestra cómo cambió su brillo con el tiempo, reveló patrones interesantes. Después de la detección inicial, el brillo aumentó rápidamente, alcanzando su punto máximo en menos de un día. Esto fue seguido por una disminución más lenta del brillo durante aproximadamente una semana.
Las observaciones indicaron que el comportamiento de la fuente era complejo, con picos y valles en su brillo que requerían un análisis cuidadoso para entender. Los cambios en la salida de luz sugirieron una interacción dinámica entre las dos estrellas en el sistema binario.
Análisis Espectral de Rayos X
Para entender mejor lo que estaba sucediendo con la fuente de rayos X, los investigadores realizaron un análisis espectral. Esto implica observar de cerca el espectro de luz emitida y determinar las propiedades del material responsable de las emisiones.
El espectro de rayos X de esta fuente mostró signos de varios bordes de absorción y líneas de emisión. Estas características estaban vinculadas a elementos específicos, proporcionando información sobre los procesos nucleares que ocurren en la superficie de la enana blanca.
Los investigadores utilizaron diferentes modelos para ajustar los datos y extraer parámetros significativos. Esto incluyó información sobre cuánto luz estaba siendo emitida y las temperaturas de las regiones emisoras. Los resultados indicaron una variedad de condiciones físicas presentes durante la erupción.
Observaciones Previas
Antes de esta erupción reciente, hubo observaciones anteriores del mismo área. Estos estudios anteriores proporcionaron una línea base para comparar con los nuevos datos. Los hallazgos de estudios previos indicaron que la fuente no había estado muy activa antes de este evento, lo que hacía que la repentina erupción fuera particularmente notable.
Las observaciones archivadas ayudaron a los investigadores a establecer límites sobre el brillo y las emisiones de la fuente en su estado de calma. Entender estas mediciones anteriores es crucial, ya que ayudan a contextualizar lo que se vio durante la reciente erupción.
Búsqueda de Periodicidad
Los científicos también se propusieron investigar si había algún patrón periódico en las emisiones de la fuente de rayos X. Analizaron datos recopilados durante las porciones más brillantes de la erupción, buscando señales que pudieran indicar ciclos regulares de cambios de brillo.
Se aplicaron diversas pruebas estadísticas a los datos, pero no se encontraron señales periódicas claras. Esto sugiere que, aunque hay fluctuaciones en el brillo, no siguen un patrón simple o regular que se pueda rastrear fácilmente.
Discusión y Conclusiones
En resumen, el descubrimiento de la erupción super-suave del binario BeWD fue significativo y ofreció nuevas perspectivas sobre la naturaleza de estos sistemas. Tales observaciones contribuyen a nuestra comprensión de cómo evolucionan las estrellas binarias, especialmente en casos donde una estrella es una densa enana blanca.
Los cambios rápidos en el brillo y el espectro suave de rayos X sugieren que el objeto compacto en este sistema es una enana blanca masiva, probablemente cerca del límite de Chandrasekhar. La presencia de elementos como oxígeno y neón en las emisiones insinúa procesos nucleares específicos que ocurren en la superficie de la enana blanca.
Los binarios BeWD podrían ser más comunes de lo que se pensaba anteriormente, y este descubrimiento abre nuevas avenidas para la investigación de estos tipos de sistemas estelares. El monitoreo continuo de tales fuentes con telescopios avanzados ampliará nuestra comprensión de su comportamiento, evolución y la física subyacente que rige sus interacciones.
Este evento demuestra la importancia de tener múltiples observatorios trabajando juntos. Al combinar datos de diferentes instrumentos y observar en diferentes longitudes de onda, los astrónomos pueden armar un panorama más completo de estos fascinantes eventos cósmicos.
Las capacidades del Einstein Probe, particularmente en capturar emisiones suaves de rayos X, lo posicionan como una herramienta líder para descubrir más instancias de tales eventos transitorios en el futuro. Nuevas investigaciones sobre sistemas BeWD podrían revelar eventualmente las complejidades de la evolución estelar y la variedad de procesos que ocurren en los sistemas estelares binarios.
Título: Einstein Probe discovery of EP J005245.1-722843: a rare BeWD binary in the Small Magellanic Cloud?
Resumen: On May 27 2024, the Wide-field X-ray Telescope onboard the Einstein Probe (EP) mission detected enhanced X-ray emission from a new transient source in the Small Magellanic Cloud (SMC) during its commissioning phase. Prompt follow-up with the EP Follow-up X-ray Telescope, the Swift X-ray Telescope and NICER have revealed a very soft, thermally emitting source (kT$\sim$0.1 keV at the outburst peak) with an X-ray luminosity of $L\sim4\times10^{38}$ erg s$^{-1}$, labelled EP J005245.1-722843. This super-soft outburst faded very quickly in a week time. Several emission lines and absorption edges were present in the X-ray spectrum, including deep Nitrogen (0.67 keV) and Oxygen (0.87 keV) absorption edges. The X-ray emission resembles the SSS phase of typical nova outbursts from an accreting white dwarf (WD) in a binary system, despite the X-ray source being historically associated with an O9-B0e massive star exhibiting a 17.55 days periodicity in the optical band. The discovery of this super-soft outburst suggests that EP J005245.1-722843 is a BeWD X-ray binary: an elusive evolutionary stage where two main-sequence massive stars have undergone a common envelope phase and experienced at least two episodes of mass transfer. In addition, the very short duration of the outburst and the presence of Ne features hint at a rather massive, i.e., close to the Chandrasekhar limit, Ne-O WD in the system.
Autores: A. Marino, H. Yang, F. Coti Zelati, N. Rea, S. Guillot, G. K. Jaisawal, C. Maitra, J. -U. Ness, F. Haberl, E. Kuulkers, W. Yuan, H. Feng, L. Tao, C. Jin, H. Sun, W. Zhang, W. Chen, E. P. J. van den Heuvel, R. Soria, B. Zhang, S. -S. Weng, L. Ji, G. B. Zhang, X. Pan, Z. Lv, C. Zhang, Z. Ling, Y. Chen, S. Jia, Y. Liu, H. Q. Cheng, D. Y. Li, K. C. Gendreau, M. Ng, T. E. Strohmayer
Última actualización: 2024-11-21 00:00:00
Idioma: English
Fuente URL: https://arxiv.org/abs/2407.21371
Fuente PDF: https://arxiv.org/pdf/2407.21371
Licencia: https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
Cambios: Este resumen se ha elaborado con la ayuda de AI y puede contener imprecisiones. Para obtener información precisa, consulte los documentos originales enlazados aquí.
Gracias a arxiv por el uso de su interoperabilidad de acceso abierto.
Enlaces de referencia
- https://heasarc.gsfc.nasa.gov/docs/nicer/analysis_threads/scorpeon-overview/
- https://heasarc.gsfc.nasa.gov/docs/nicer/analysis_threads/cal-recommend/
- https://heasarc.gsfc.nasa.gov/docs/nicer/analysis_threads/spectrum-systematic-error/
- https://heasarc.gsfc.nasa.gov/docs/nicer/analysis_threads/arf-rmf/
- https://github.com/scottransom/presto
- https://xdb.lbl.gov/Section1/Sec_1-8.html