La polarimetría de rayos X revela información sobre la estrella de neutrones 4U 1820 303
Nuevos hallazgos de 4U 1820 303 ofrecen datos clave sobre las estrellas de neutrones.
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Tabla de contenidos
La Polarimetría de rayos X es una técnica que se usa para medir la dirección de las ondas de luz que emiten las fuentes de rayos X en el espacio. Esto ayuda a los científicos a aprender sobre las condiciones físicas y los procesos que ocurren en estos entornos extremos.
La estrella de neutrones 4U 1820 303 es un objetivo interesante para este tipo de estudio. Una estrella de neutrones es un remanente muy denso de una estrella masiva que ha explotado en una supernova. Esta estrella en particular forma parte de un sistema binario de rayos X de baja masa, donde absorbe material de una estrella compañera. Este proceso emite rayos X que se pueden estudiar para obtener información sobre el comportamiento de la materia bajo gravedad extrema.
Resumen de 4U 1820 303
4U 1820 303 se encuentra dentro de un cúmulo globular, que es un grupo denso de estrellas viejas. Se clasifica como un binario ultra compacto porque tiene un período orbital muy corto de solo 685 segundos. Esto significa que la estrella de neutrones y su compañera, un enana blanca de helio, están muy cerca una de la otra.
El brillo de 4U 1820 303 varía con el tiempo, específicamente en un período superorbital más largo de aproximadamente 170 días. Esta variabilidad está relacionada con cambios en la cantidad de material que absorbe de su estrella compañera.
La importancia de la polarimetría de rayos X en las observaciones
La capacidad de detectar la Polarización de rayos X es importante porque puede proporcionar información sobre la orientación y estructura de las regiones emisoras alrededor de la estrella de neutrones. Esto es clave para entender los procesos involucrados en la acumulación de materia en la estrella de neutrones y la emisión de rayos X.
Mediciones recientes han mostrado que 4U 1820 303 exhibe una polarización significativa en sus emisiones de rayos X. Las observaciones se realizaron utilizando un satélite especializado en polarimetría de rayos X. Durante estas observaciones, la estrella mostró una polarización que aumentaba con la energía de los rayos X.
Técnicas de medición
Para medir la polarización, los científicos utilizan instrumentos que pueden detectar la intensidad y dirección de las ondas de luz de rayos X. El Explorador de Polarimetría de Rayos X por Imágenes (IXPE) es uno de estos instrumentos que se usó para observar 4U 1820 303.
El IXPE mide el estado de polarización de los rayos X emitidos por fuentes astronómicas. La precisión de estas mediciones es esencial para asegurar que los científicos puedan sacar conclusiones confiables sobre las condiciones físicas de las regiones emisoras.
Además de las observaciones de rayos X, se utilizaron telescopios de radio para medir cualquier posible emisión de radio de 4U 1820 303. Este enfoque multi-longitud de onda permite a los científicos obtener un panorama más completo de la fuente.
Los hallazgos
Los hallazgos de las observaciones recientes de 4U 1820 303 indican que la estrella de neutrones está experimentando una fuerte polarización en sus emisiones de rayos X, particularmente en la banda de energía más alta (entre 7-8 keV). El grado de polarización alcanzó aproximadamente el 10%, lo cual es significativo para este tipo de fuentes.
Además, el ángulo de polarización, que indica la orientación de la luz emitida, mostró un cambio notable entre diferentes rangos de energía. Esto sugiere una estructura y comportamiento complejos del disco de Acreción alrededor de la estrella de neutrones.
Los resultados también respaldaron la idea de que el disco de acreción está alineado de tal manera que la dirección de polarización es ortogonal a la emisión de rayos X duros, indicando diferentes regiones de emisión dentro de los alrededores de la estrella.
Análisis Espectral
El análisis espectral de 4U 1820 303 implicó estudiar la distribución de energía de las emisiones de rayos X. La estrella de neutrones mostró un espectro compuesto de un componente más suave y uno más duro.
Se cree que el componente más suave proviene de la superficie de la estrella de neutrones o de su disco de acreción, mientras que el componente más duro está vinculado a los procesos energéticos que ocurren en la capa de acreción donde el material se espirala hacia adentro.
Se notó la presencia de una línea de emisión de hierro alrededor de 6.5 keV, que es típica en muchas fuentes de rayos X y sugiere la reflexión de rayos X en una región más fría cercana.
El papel de la acreción
La acreción es el proceso donde un objeto atrae material de otro, en este caso, la estrella de neutrones está atrapando gas y otra materia de su compañera. Este proceso es fundamental en el estudio de los sistemas binarios de rayos X y es responsable de las brillantes emisiones de rayos X.
En el caso de 4U 1820 303, la naturaleza de la acreción –incluyendo la influencia de la geometría del disco de acreción y la interacción del material entrante– juega un papel crucial en las emisiones y la polarización observadas.
Los científicos creen que el comportamiento del material en acreción, como su temperatura y densidad, puede impactar significativamente el tipo y grado de polarización observados.
Observaciones de radio
Además de las observaciones de rayos X, se monitorearon las emisiones de radio de 4U 1820 303. Estas observaciones tenían como objetivo averiguar si había un chorro de radio, a menudo asociado con sistemas binarios.
A pesar de detectar emisiones de radio, no se encontró polarización lineal significativa, lo que sugiere que si un chorro estaba presente, es posible que no esté contribuyendo a las emisiones de radio observadas.
Implicaciones más amplias
El estudio de 4U 1820 303 no solo mejora nuestra comprensión de las Estrellas de neutrones individuales, sino que también contribuye al conocimiento más amplio sobre los procesos de acreción y el comportamiento de la materia en entornos extremos.
Las observaciones realizadas con el IXPE proporcionan una nueva vía para que los investigadores estudien y cuantifiquen las emisiones de rayos X y su polarización, lo que puede llevar a una comprensión más profunda de la naturaleza de los objetos compactos y sus alrededores.
Direcciones futuras de investigación
A medida que se realicen más observaciones, los científicos esperan obtener una comprensión aún más clara de los procesos físicos en juego en sistemas como 4U 1820 303.
En particular, el monitoreo continuo durante diferentes fases de su período orbital podría ayudar a revelar cómo varían la polarización y las características espectrales.
Tales hallazgos serán cruciales para desarrollar modelos que describan el comportamiento de las estrellas de neutrones y sus discos de acreción, allanando el camino para futuros descubrimientos en el campo de la astrofísica.
Conclusión
La detección de la polarización de rayos X de la estrella de neutrones 4U 1820 303 marca un paso importante en la comprensión de las complejas interacciones que ocurren en los binarios de rayos X de baja masa. Al utilizar instrumentos y técnicas sofisticadas, los investigadores pueden explorar las condiciones de estos entornos extremos, contribuyendo con un valioso conocimiento al campo de la astrofísica.
Con estudios en curso y avances en tecnología, la exploración de la polarimetría en la astronomía de rayos X presenta una frontera emocionante. Los conocimientos obtenidos mejorarán nuestra comprensión del universo y de los procesos fundamentales que impulsan la dinámica de los objetos celestiales.
Título: First detection of X-ray polarization from the accreting neutron star 4U 1820-303
Resumen: This paper reports the first detection of polarization in the X-rays for atoll-source 4U 1820-303, obtained with the Imaging X-ray Polarimetry Explorer (IXPE) at 99.999% confidence level (CL). Simultaneous polarimetric measurements were also performed in the radio with the Australia Telescope Compact Array (ATCA). The IXPE observations of 4U 1820-303 were coordinated with Swift-XRT, NICER, and NuSTAR aiming to obtain an accurate X-ray spectral model covering a broad energy interval. The source shows a significant polarization above 4 keV, with a polarization degree of 2.0(0.5)% and a polarization angle of -55(7) deg in the 4-7 keV energy range, and a polarization degree of 10(2)% and a polarization angle of -67(7) deg in the 7-8 keV energy bin. This polarization also shows a clear energy trend with polarization degree increasing with energy and a hint for a position-angle change of about 90 deg at 96% CL around 4 keV. The spectro-polarimetric fit indicates that the accretion disk is polarized orthogonally to the hard spectral component, which is presumably produced in the boundary/spreading layer. We do not detect linear polarization from the radio counterpart, with a 99.97% upper limit of 50% at 7.25 GHz.
Autores: Alessandro Di Marco, Fabio La Monaca, Juri Poutanen, Thomas D. Russell, Alessio Anitra, Ruben Farinelli, Guglielmo Mastroserio, Fabio Muleri, Fei Xie, Matteo Bachetti, Luciano Burderi, Francesco Carotenuto, Melania Del Santo, Tiziana Di Salvo, Michal Dovciak, Andrea Gnarini, Rosario Iaria, Jari J. E. Kajava, Kuan Liu, Riccardo Middei, Stephen L. O'Dell, Maura Pilia, John Rankin, Andrea Sanna, Jakob van den Eijnden, Martin C. Weisskopf, Anna Bobrikova, Fiamma Capitanio, Enrico Costa, Philip Kaaret, Alessio Marino, Paolo Soffitta, Francesco Ursini, Filippo Ambrosino, Massimo Cocchi, Sergio Fabiani, Herman L. Marshall, Giorgio Matt, Sara Elisa Motta, Alessandro Papitto, Luigi Stella, Antonella Tarana, Silvia Zane, Ivan Agudo, Lucio A. Antonelli, Luca Baldini, Wayne H. Baumgartner, Ronaldo Bellazzini, Stefano Bianchi, Stephen D. Bongiorno, Raffaella Bonino, Alessandro Brez, Niccolo Bucciantini, Simone Castellano, Elisabetta Cavazzuti, Chien-Ting Chen, Stefano Ciprini, Alessandra De Rosa, Ettore Del Monte, Laura Di Gesu, Niccolo Di Lalla, Immacolata Donnarumma, Victor Doroshenko, Steven R. Ehlert, Teruaki Enoto, Yuri Evangelista, Riccardo Ferrazzoli, Javier A. Garcia, Shuichi Gunji, Kiyoshi Hayashida, Jeremy Heyl, Wataru Iwakiri, Svetlana G. Jorstad, Vladimir Karas, Fabian Kislat, Takao Kitaguchi, Jeffery J. Kolodziejczak, Henric Krawczynski, Luca Latronico, Ioannis Liodakis, Simone Maldera, Alberto Manfreda, Frederic Marin, Andrea Marinucci, Alan P. Marscher, Francesco Massaro, Ikuyuki Mitsuishi, Tsunefumi Mizuno, Michela Negro, Chi-Yung Ng, Nicola Omodei, Chiara Oppedisano, George G. Pavlov, Abel L. Peirson, Matteo Perri, Melissa Pesce-Rollins, Pierre-Olivier Petrucci, Andrea Possenti, Simonetta Puccetti, Brian D. Ramsey, Ajay Ratheesh, Oliver J. Roberts, Roger W. Romani, Carmelo Sgrò, Patrick Slane, Gloria Spandre, Douglas A. Swartz, Toru Tamagawa, Fabrizio Tavecchio, Roberto Taverna, Yuzuru Tawara, Allyn F. Tennant, Nicholas E. Thomas, Francesco Tombesi, Alessio Trois, Sergey S. Tsygankov, Roberto Turolla, Jacco Vink, Kinwah Wu
Última actualización: 2023-08-21 00:00:00
Idioma: English
Fuente URL: https://arxiv.org/abs/2306.08476
Fuente PDF: https://arxiv.org/pdf/2306.08476
Licencia: https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
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