Inexplicable cataclismo cósmico a 10.700 millones de años luz

Un misterioso destello de rayos X ha sido descubierto por el Observatorio de rayos X Chandra de la NASA, en la imagen de rayos X más profunda jamás obtenida.

Esta fuente proviene probablemente de algún tipo de evento destructivo, pero puede ser de una variedad que los científicos nunca han visto antes.

La fuente de rayos X fue descubierta originalmente en octubre de 2014 por Bin Luo, un investigador postdoctoral de Penn State; Niel Brandt, profesor de Física en Penn State; y Franz Bauer, profesor asociado de Astrofísica en la Pontificia Universidad Católica de Chile. Luo se mudó desde el grupo de Brandt para convertirse en profesor de astronomía y ciencias espaciales en la Universidad de Nanjing en China y Bauer había sido investigador postdoctoral en el grupo de Brandt de 2000 a 2003. Los datos se recopilaron utilizando el Advanced CCD Imaging Spectrometer en Chandra, Un instrumento concebido y diseñado por un equipo dirigido por Evan Pugh, experto astrofísico en Penn State.

"Esta fuente de destellos fue una maravillosa sorpresa que descubrimos accidentalmente en nuestros esfuerzos por explorar el mal entendido ámbito del ultra-débil universo de rayos X", dijo Brandt. "Definitivamente hemos tenido 'suerte' con este hallazgo y ahora tenemos un nuevo y excitante fenómeno transitorio que exploraremos en los próximos años".

Situada en una región del cielo conocida como Chandra Deep Field-South (CDF-S), la fuente de rayos X tiene propiedades notables. Antes de octubre de 2014, esta fuente no se detectó en los rayos X, pero luego entró en erupción y se convirtió en al menos un factor de 1.000 más brillante en pocas horas. Después de un día, la fuente se había desvanecido completamente por debajo de la sensibilidad de Chandra.

Miles de horas de datos legados de los telescopios espaciales Hubble y Spitzer ayudaron a determinar que el evento provenía de una débil y pequeña galaxia a unos 10.700 millones de años luz de la Tierra. Durante unos minutos, la fuente de rayos X produjo mil veces más energía que todas las estrellas de esta galaxia.

"Desde que descubrimos esta fuente, hemos estado luchando por entender su origen", dijo Bauer. "Es como si tuviéramos un rompecabezas, pero no tenemos todas las piezas".

Dos de las tres principales posibilidades para explicar la fuente de rayos X implican eventos de ráfagas de rayos gamma (GRB). Los GRB son explosiones de chorro provocadas por el colapso de una estrella masiva o por la fusión de una estrella de neutrones con otra estrella de neutrones o un agujero negro. Si el chorro apunta hacia la Tierra, se detecta una ráfaga de rayos gamma. A medida que el chorro se expande, pierde energía y produce radiación más débil, más isotrópica en rayos X y otras longitudes de onda.

Las explicaciones posibles para la fuente de rayos X de CDF-S, según los investigadores, son un GRB que no señala hacia la Tierra, o un GRB que se extiende más allá de la pequeña galaxia. Una tercera posibilidad es que un agujero negro de tamaño mediano destrozó una estrella enana blanca.

"Ninguna de estas ideas se ajusta perfectamente a los datos", dijo el coautor Ezequiel Treister, también de la Pontificia Universidad Católica, "pero de nuevo, rara vez hemos visto alguna de las posibilidades propuestas en los datos reales, así que no los entiendo bien". La misteriosa fuente de rayos X no se vio durante los dos meses y medio de exposición en los que Chandra observó la región CDF-S, que se extendieron en los últimos 17 años. Por otra parte, no se han encontrado hechos similares en las observaciones de Chandra de otras partes del cielo.

Esta fuente de rayos X en el CDF-S tiene diferentes propiedades de las fuentes de rayos X variables aún no explicadas descubiertas en las galaxias elípticas NGC 5128 y NGC 4636 por Jimmy Irwin de la Universidad de Alabama y colaboradores de la Universidad de Alabama y colaboradores. En particular, la fuente CDF-S está probablemente asociada con la destrucción completa de una estrella de neutrones o enana blanca, y es aproximadamente 100.000 veces más luminosa en los rayos X. También se encuentra en una galaxia huésped mucho más pequeña y más joven, y sólo se detecta durante una ráfaga única de varias horas.

"Podríamos haber observado un tipo completamente nuevo de evento cataclísmico", dijo el coautor Kevin Schawinski, de la ETH Zurich en Suiza. "Sea lo que sea, se necesitan muchas más observaciones para determinar lo que estamos viendo".

Las búsquedas adicionales altamente dirigidas a través del archivo de Chandra y las de XMM-Newton de la ESA y el satélite Swift de la NASA pueden descubrir más ejemplos de este tipo de objetos variables que hasta ahora han pasado desapercibidos. Las futuras observaciones de rayos X realizadas por Chandra y otros observatorios de rayos X, como la proyectada Einstein Probe, también pueden revelar el mismo fenómeno de otros objetos.

Si la fuente de rayos X fue causada por un GRB desencadenado por la fusión de la estrella de neutrones con un agujero negro u otra estrella de neutrones, también habrían producido ondas gravitatorias. Si tal evento ocurriera más cerca de la Tierra, podría ser detectable con el Observatorio de Ondas Gravitacionales del Interferómetro Láser (LIGO).

Un artículo detallado que describe este resultado aparece en Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.