NuSTAR de la NASA hace descubrimientos esclarecedores en una luz ‘incómoda’

Durante casi 10 años, el observatorio espacial de rayos X NuSTAR (Nuclear Spectroscopic Telescope Array) de la NASA ha estado estudiando algunos de los objetos de mayor energía del universo, como estrellas muertas en colisión y agujeros negros masivos que se alimentan de gas caliente. Durante ese tiempo, los científicos tuvieron que lidiar con la luz difusa que se filtraba desde los lados del observatorio, lo que puede interferir con las observaciones, al igual que el ruido exterior puede ahogar una llamada telefónica.

Pero ahora los miembros del equipo han descubierto cómo usar esa luz de rayos X perdida para aprender sobre los objetos en la visión periférica de NuSTAR mientras realizan observaciones dirigidas normales. Este desarrollo tiene el potencial de multiplicar los conocimientos que proporciona NuSTAR. Un nuevo artículo científico en El diario astrofísico describe el primer uso de NuSTAR Luz difusa observaciones para aprender sobre un objeto cósmico, en este caso, una estrella de neutrones.

Pepitas de material sobrante después del colapso de una estrella, estrellas de neutrones son algunos de los objetos más densos del universo, solo superados por los agujeros negros. Sus poderosos campos magnéticos atrapan partículas de gas y las canalizan hacia la superficie de la estrella de neutrones. A medida que las partículas se aceleran y activan, liberan rayos X de alta energía que NuSTAR puede detectar.

El nuevo estudio describe un sistema llamado SMC X-1, que consiste en una estrella de neutrones que orbita una estrella viva en una de las dos pequeñas galaxias que orbitan la Vía Láctea (la galaxia de la Tierra). El brillo de la salida de rayos X de SMC X-1 parece variar mucho cuando se ve con telescopios, pero décadas de observaciones directas de NuSTAR y otros telescopios han revelado un patrón de fluctuaciones. Los científicos han identificado varias razones por las que SMC X-1 cambia de brillo cuando se estudia con telescopios de rayos X. Por ejemplo, el brillo de los rayos X se atenúa a medida que la estrella de neutrones se sumerge detrás de la estrella viva con cada órbita. Según el documento, los datos de luz dispersada fueron lo suficientemente sensibles como para capturar algunos de estos cambios bien documentados.

«Creo que este documento muestra que este enfoque de luz difusa es confiable, porque hemos observado fluctuaciones de brillo en la estrella de neutrones en SMC X-1 que ya hemos confirmado a través de observaciones directas», dijo McKinley Brumback, astrofísico de Caltech. en Pasadena, California. y autor principal del nuevo estudio. «En el futuro, sería genial si pudiéramos usar los datos de luz dispersa para observar objetos cuando aún no sabemos si están cambiando regularmente en brillo y potencialmente usar este enfoque para detectar cambios».

forma y funcion

El nuevo enfoque es posible gracias a la forma de NuSTAR, que es similar a una mancuerna o un hueso de perro: tiene dos componentes voluminosos en cada extremo de una estructura estrecha de 10 metros de largo llamada poste plegable o pluma. Por lo general, los investigadores apuntan uno de los extremos voluminosos, que contiene la óptica o el hardware que recolecta los rayos X, al objeto que desean estudiar. La luz viaja a lo largo del brazo hasta los detectores, ubicados en el otro extremo de la nave espacial. La distancia entre ambos es necesaria para enfocar la luz.

Pero la luz parásita también llega a los detectores al ingresar por los lados de la barrera, sin pasar por la óptica. Aparece en el campo de visión de NuSTAR junto con la luz de cualquier objeto que el telescopio mire directamente y, a menudo, es bastante fácil de identificar a simple vista: forma un círculo de luz tenue que emerge de los lados de la imagen. (Como era de esperar, la luz parásita es un problema para muchos otros telescopios espaciales y terrestres).

Un grupo de miembros del equipo de NuSTAR ha pasado los últimos años separando la luz perdida de varias observaciones de NuSTAR. Después de identificar fuentes de rayos X brillantes conocidas en la periferia de cada observación, usaron modelos de computadora para predecir cuánta luz difusa debería aparecer en función de qué objeto brillante estaba cerca. También analizaron casi todas las observaciones de NuSTAR para confirmar la señal de luz difusa reveladora. El equipo creó un catálogo de unos 80 objetos para los que NuSTAR había recopilado observaciones de luz dispersa, nombrando la colección «StrayCats».

“Imagínese sentado en una sala de cine mudo, viendo un drama y escuchando las explosiones en la película de acción de al lado”, dijo Brian Grefenstette, científico investigador principal de Caltech y miembro del equipo de NuSTAR que dirige el trabajo de StrayCats. «En el pasado, así era como se veía la luz difusa: una distracción de lo que intentábamos enfocar. Ahora tenemos las herramientas para convertir ese ruido adicional en datos útiles, abriendo una forma completamente nueva de usar NuSTAR para estudiar el universo». .»

Por supuesto, los datos de luz dispersa no pueden reemplazar las observaciones directas de NuSTAR. Además de que la luz parásita se vuelve borrosa, muchos objetos que NuSTAR puede observar directamente son demasiado débiles para aparecer en el catálogo de luz parásita. Pero Grefenstette dijo que varios estudiantes de Caltech revisaron los datos y encontraron ejemplos de brillo rápido de objetos periféricos, que podrían ser cualquier cantidad de eventos dramáticos, como explosiones termonucleares en las superficies de estrellas de neutrones. Observar la frecuencia y la intensidad de los cambios en el brillo de una estrella de neutrones puede ayudar a los científicos a descifrar lo que les sucede a estos objetos.

«Si está tratando de buscar un patrón en el comportamiento a largo plazo o el brillo de una fuente de rayos X, las observaciones de luz dispersa pueden ser una excelente manera de verificar con más frecuencia y establecer una línea de base», dijo Renee Ludlam, NASA. Programa de becas Einstein Hubble en Caltech y miembro del equipo de StrayCats. «También pueden permitirnos detectar comportamientos extraños en estos objetos cuando no los esperamos o cuando normalmente no podríamos apuntar NuSTAR directamente hacia ellos. Las observaciones de luz difusa no sustituyen a las observaciones directas, pero se necesitan más datos». siempre bueno.»