Un equipo de investigadores dirigido por miembros del Instituto Kavli para la Física y las Matemáticas del Universo Kavli IPMU ha analizado los datos recopilados previamente para inferir la verdadera naturaleza de un objeto compacto, que se encuentra que es un magnetar giratorio, un tipode una estrella de neutrones con un campo magnético extremadamente fuerte, orbitando dentro de LS 5039, el sistema binario de rayos gamma más brillante de la Galaxia.
Incluyendo al ex estudiante de posgrado Hiroki Yoneda, el científico principal Kazuo Makishima y el investigador principal Tadayuki Takahashi en Kavli IMPU, el equipo también sugiere que el proceso de aceleración de partículas que se sabe que ocurre dentro de LS 5039 es causado por interacciones entre los densos vientos estelares de suestrella masiva y campos magnéticos ultrafuertes del magnetar giratorio.
Las binarias de rayos gamma son un sistema de estrellas masivas y estrellas compactas. Fueron descubiertas recientemente, en 2004, cuando las observaciones de rayos gamma de muy alta energía en la banda de teraelectronvoltios TeV de regiones suficientemente grandes del cieloCuando se ven con luz visible, los binarios de rayos gamma aparecen como estrellas brillantes de color blanco azulado y son indistinguibles de cualquier otro sistema binario que albergue una estrella masiva.
Sin embargo, cuando se observan con rayos X y rayos gamma, sus propiedades son dramáticamente diferentes a las de otros binarios. En estas bandas de energía, los sistemas binarios ordinarios son completamente invisibles, pero los binarios de rayos gamma producen una intensa emisión no térmica,y su intensidad parece aumentar y disminuir según sus períodos orbitales de varios días a varios años.
Una vez que los binarios de rayos gamma se establecieron como una nueva clase astrofísica, se reconoció rápidamente que un mecanismo de aceleración extremadamente eficiente debería operar en ellos. Mientras que la aceleración de partículas de TeV requiere decenas de años en remanentes de supernovas, que son reconocidos aceleradores cósmicos., los binarios de rayos gamma aumentan la energía de los electrones más allá de 1 TeV en solo decenas de segundos. Por lo tanto, los binarios de rayos gamma pueden considerarse uno de los aceleradores de partículas más eficientes del Universo.
Además, se sabe que algunos binarios de rayos gamma emiten fuertes rayos gamma con energías de varios megaelectrones voltios MeV. Los rayos gamma en esta banda son actualmente difíciles de observar; se detectaron solo en unos 30 cuerpos celestes entodo el cielo. Pero el hecho de que tales binarios emitan una fuerte radiación incluso en esta banda de energía aumenta enormemente el misterio que los rodea e indica un proceso de aceleración de partículas extremadamente eficaz que está ocurriendo dentro de ellos.
Hasta ahora se han encontrado alrededor de 10 binarios de rayos gamma en la Galaxia, en comparación con más de 300 binarios de rayos X que se sabe que existen. Se desconoce por qué los binarios de rayos gamma son tan raros y, de hecho, cuál es elLa verdadera naturaleza de su mecanismo de aceleración es, ha sido un misterio, hasta ahora.
A través de estudios previos, ya estaba claro que un binario de rayos gamma generalmente está hecho de una estrella primaria masiva que pesa entre 20 y 30 veces la masa del Sol, y una estrella compañera que debe ser una estrella compacta, pero fueNo está claro, en muchos casos, si la estrella compacta es un agujero negro o una estrella de neutrones. El equipo de investigación comenzó su intento averiguando cuál es generalmente el caso.
Una de las pruebas más directas de la presencia de una estrella de neutrones es la detección de pulsaciones rápidas periódicas, que están relacionadas con la rotación de la estrella de neutrones. La detección de dicha pulsación de un binario de rayos gamma descarta casi sin duda el agujero negroguión.
En este proyecto, el equipo se centró en LS 5039, que fue descubierto en 2005, y aún mantiene su posición como el binario de rayos gamma más brillante en el rango de rayos X y rayos gamma. De hecho, este binario de rayos gamma fuese cree que contiene una estrella de neutrones debido a su radiación estable de rayos X y rayos gamma TeV.
Sin embargo, hasta ahora, los intentos de detectar tales pulsos se habían realizado con ondas de radio y rayos X suaves, y debido a que las ondas de radio y los rayos X suaves se ven afectados por los vientos estelares de la estrella primaria, la detección de tales pulsos periódicos no se había realizado.sido exitoso.
Esta vez, por primera vez, el equipo se centró en la banda de rayos X duros > 10 keV y los datos de observación del LS 5039 recopilados por el detector de rayos X duros HXD a bordo de los telescopios espaciales Suzakuentre el 9 y el 15 de septiembre de 2007 y NuSTAR entre el 1 y el 5 de septiembre de 2016; de hecho, el período de observación de Suzaku de seis días fue el más largo hasta ahora con rayos X duros.
Ambas observaciones, aunque separadas por nueve años, proporcionaron evidencia de una estrella de neutrones en el núcleo de LS 5039: la señal periódica de Suzaku con un período de aproximadamente 9 segundos. La probabilidad de que esta señal surja de fluctuaciones estadísticas es solo del 0,1 por ciento. NuSTAR también mostró una señal de pulso muy similar, aunque la significancia del pulso fue menor - los datos de NuSTAR, por ejemplo, fueron solo provisionales Al combinar estos resultados, también se infirió que el período de giro aumenta en 0.001 s cada año.
Basado en el período de giro derivado y la tasa de su aumento, el equipo descartó los escenarios impulsados por rotación y acreción, y descubrió que la energía magnética de la estrella de neutrones es la única fuente de energía que puede alimentar al LS 5039.El campo magnético requerido alcanza 10 ^ {11} T, que es 3 órdenes de magnitud más alto que el de las típicas estrellas de neutrones.
Este valor se encuentra entre los llamados magnetares, una subclase de estrellas de neutrones que tienen un campo magnético extremadamente fuerte. El período de pulso de 9 segundos es típico de los magnetares, y este fuerte campo magnético evita el viento estelar de la estrella primariade ser capturado por una estrella de neutrones, lo que puede explicar por qué LS 5039 no exhibe propiedades similares a los púlsares de rayos X los púlsares de rayos X generalmente ocurren en sistemas binarios de rayos X, donde los vientos estelares son capturados por su estrella compañera.
Curiosamente, los 30 magnetares que se han encontrado hasta ahora se han encontrado todos como estrellas aisladas, por lo que su existencia en binarios de rayos gamma no se consideró una idea convencional. Además de esta nueva hipótesis, el equipo sugiere una fuente que impulsa a los no-emisión térmica dentro de LS 5039 - proponen que la emisión es causada por una interacción entre los campos magnéticos de la magnetar y los densos vientos estelares.
De hecho, sus cálculos sugieren que los rayos gamma con energías de varios megaelectronvoltios, lo cual no ha sido claro, pueden emitirse fuertemente si se producen en una región de un campo magnético extremadamente fuerte, cerca de una magnetar.
Estos resultados potencialmente resuelven el misterio en cuanto a la naturaleza del objeto compacto dentro de LS 5039 y el mecanismo subyacente que alimenta el sistema binario. Sin embargo, se necesitan más observaciones y refinamiento de su investigación para arrojar nueva luz sobre sus hallazgos.
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Materiales proporcionado por Instituto Kavli de Física y Matemáticas del Universo . Nota: el contenido se puede editar por estilo y longitud.
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