Usando el telescopio espacial XMM-Newton y el Chandra de rayos X, los astrónomos han dado un paso importante en la búsqueda para encontrar planetas fuera de la Vía Láctea, lo que se llamaría exoplanetas extragalácticos.
Detectar un planeta en otra galaxia es muy difícil, hasta ahora no se ha confirmado ningún sistema planetario fuera de la Vía Láctea debido a que la luz de otra galaxia se concentra en un área muy pequeña en el cielo, es muy difícil para los telescopios distinguir una estrella de otra, y mucho menos un planeta que orbita alrededor de ellas. Y las técnicas habituales para encontrar exoplanetas en nuestra galaxia no funcionan tan bien para planetas fuera de ella.
Esto es diferente cuando se estudian los rayos X, en lugar de la luz visible, en una galaxia. Debido a que hay menos objetos que brillan intensamente en la luz de rayos X, un telescopio de rayos X como el XMM puede distinguir más fácilmente entre objetos al observar una galaxia. Por lo tanto, esos objetos son más fáciles de identificar y estudiar, y podría ser posible encontrar un planeta a su alrededor.
Algunos de los objetos más brillantes que se pueden estudiar en las galaxias externas son las llamadas binarias de rayos X. Estas consisten en un objeto muy compacto, una estrella de neutrones o un agujero negro, que está en pleno proceso de tragar material de una estrella compañera que orbita a su alrededor. El material que cae es acelerado enormemente por el intenso campo gravitacional de la estrella de neutrones o el agujero negro y se calienta a millones de grados, produciendo una gran cantidad de rayos X muy brillantes. Los astrónomos esperan que, en teoría, los planetas que pasan en tránsito frente a tal fuente bloquearían estos rayos X, lo que provocaría una caída en la curva de luz de rayos X observada, con lo que tendríamos una forma de encontrar planetas en otras galaxias.
Todo esto, como podéis ver en la siguiente imagen, se ha detectado en un sistema binario de rayos X en la galaxia M51 llamado M51-ULS, se encuentra este posible candidato a planeta de un tamaño parecido al planeta Saturno y a unos increíbles 28 millones de años luz de distancia.
Podemos ver una imagen compuesta de M51 con rayos X de Chandra y luz óptica del Telescopio Espacial Hubble de la NASA, esta contiene un cuadrado que marca la ubicación del posible planeta candidato.Créditos: Rayos X: NASA / CXC / SAO / R. DiStefano, et al ; Óptica: NASA / ESA / STScI / Grendler
Este sistema contiene una estrella de neutrones o un agujero negro en órbita con una estrella de aproximadamente 20 a 30 veces la masa del Sol (gran estrella azul). La estrella de neutrones o agujero negro extrae material de su estrella compañera, creando un disco de material que brilla en rayos X.
El impresionante evento de un agujero negrotragándose a una estrella de neutronesse han convertido en un nuevo y espectacular cataclismo estelar detectado por primera vez. Los astrofísicos han observado decenas de fusiones de pares de agujeros negros y varias fusiones de pares de estrellas de neutrones. Pero un choque entre un agujero negro y una estrella de neutrones no se había detectado hasta la fecha. Ahora, los investigadores han observado lasondas gravitacionalescausadas por tal colosal colisión.
Las dos nuevas detecciones se produjeron en enero de 2020, con tan solo 10 días de diferencia, las colisiones se conocen como GW200105 y GW200115 por las fechas en las que se observaron. Una fue detectada por los dos detectores gemelos del Observatorio de ondas gravitacionales del interferómetro láser (LIGO) y el detector Virgo similar de Europa, el otro solo por uno de los detectores LIGO y Virgo.
GW200115 fue muy bien detectada y observada por las tres instalaciones. Los científicos creen se produjo por un agujero negro de casi seis veces la masa de nuestro sol devorando una estrella de neutrones con una masa la mitad de la de nuestro sol, y que la fusión tuvo lugar entre 650 millones y 1,5 mil millones de años luz de distancia.
GW200105 no se detectó de manera tan clara, pero los científicos sospechan que fue una fusión entre un agujero negro de aproximadamente nueve veces la masa del sol y una estrella de neutrones aproximadamente dos veces más masiva que el sol a unos 550 millones y 1.300 millones de años luz de distancia.
Agujero negro y estrella de neutrones
Los científicos aún no están seguros de si estas fusiones mixtas crean una señal de luz visible (como parecen hacer los pares de estrellas de neutrones que se fusionan ) o no (como en el caso de las fusiones binarias de agujeros negros). Los astrónomos no pudieron igualar ninguna de estas nuevas detecciones de ondas gravitacionales con observaciones de ondas de luz, pero eso no significa necesariamente que no haya tal destello correspondiente.
¿Qué son las ondas gravitacionales?
Las Ondas gravitacionales fueron predichas por el físico Albert Einstein en 1916, como consecuencia de su teoría de la relatividad general. Las ondas gravitacionales son ondulaciones en el tejido del espacio – tiempo producidas por un cuerpo masivo acelerado, son acontecimientos muy violentos en el universo distante, por ejemplo, por la colisión de dos agujeros negros o por explosiones de supernovas .
Ondulaciones del espacio tiempo
Ondulaciones en el espacio-tiempo generadas por las estrellas de órbitas muy rápidas (estrellas de neutrones, enanas blancas o agujeros negros). ver animación
En la teoría de Einstein de la relatividad general,la gravedad es tratada como un fenómeno resultante de la curvatura del espacio-tiempo. Esta curvatura es causada por la presencia de masa. Generalmente, cuanto más masa esté contenida dentro de un volumen determinado del espacio, mayor es la curvatura del espacio-tiempo en el límite de este volumen. Como objetos con masa se mueven en el espacio-tiempo, la curvatura cambia para reflejar las distintas ubicaciones de esos objetos. En ciertas ocasiones, los objetos muy acelerados generan cambios en esta curvatura, que se propagan hacia el exterior a la velocidad de la luz en una forma de onda. Estos fenómenos de propagación son conocidos como ondas gravitacionales.
Estas ondulaciones en el tejido espacio-temporal puede llevar información acerca de sus violentos orígenes y sobre la naturaleza de la gravedad que no puede ser obtenida por otras herramientas astronómicas. La influencia de las emisiones de ondas gravitacionales en los sistemas de púlsar binario (dos estrellas de neutrones orbitando entre sí) se han medido con precisión y está en excelente acuerdo con las predicciones:
En 1993, los científicos Russell Hulse y Joseph Taylor recibieron el Premio Nobel por este trabajo (realizado en los años 70 y 80). Por fin un proyecto científico las ha detectado, el proyecto LIGO (Estados Unidos), que han sido premio novel.
Fue el Premio Nobel de Física 2017 que fue otorgado para los físicos: Raider Weiss, Barry C. Barish y Kip S. Thorne, por la primera observación experimental directa de las ondas gravitacionales. Fue el 14 de septiembre de 2015 cuando se observaron estas ondas tan especiales, de las cuales Albert Einstein ya había predicho su existencia 100 años antes. Los tres investigadores fueron los artífices de la cooperación internacional que permitió la implementación de los instrumentos Ligo y Virgo.
Las ondas gravitatorias tienen propiedades muy importantes y únicas. Una de las más importantes es que las ondas gravitatorias pueden pasar a través de cualquier medio sin ser dispersada de manera significativa. Mientras que, por ejemplo, la luz de las estrellas distantes pueden ser bloqueados por el polvo interestelar las ondas gravitacionales pasarán sin impedimentos.Estas características permiten a las ondas gravitacionales llevar información sobre fenómenos astronómicos nunca antes observadas por los seres humanos. Por lo tanto se nos abre un camino increíble en el estudio del Cosmos.
La famosa estructura con forma de mano, conocida como mano de Dios, también llamada B1509, es una nebulosa enorme llena de energía y partículas impulsadas por un púlsar que quedó tras la explosión de su estrella. Un púlsar es una estrella de neutrones que gira rápidamente arrojando energía al espacio que la circunda para crear complejas e intrigantes estructuras, entre ellas una que se parece una mano cósmica gigante. Las estrellas de neutrones se crean cuando las estrellas masivas se quedan sin combustible y colapsan. B1509 está girando completamente alrededor de casi 7 veces por segundo y está liberando energía en su entorno a un ritmo prodigioso, presumiblemente porque tiene un campo magnético intenso en su superficie, estimado en 15 billones de veces más fuerte que el campo magnético de la Tierra
A partir de observaciones durante 14 años del telescopio espacial Chandra se ha podido apreciar cómo la onda expansiva de la explosión se mueve a casi 14 millones de kilómetros por hora, como podéis ver en el siguiente vídeo:
«La Mano» se encuentra a unos 17.000 años luz de la Tierra en la constelación del Compás. Los astrónomos estiman que la luz de la explosión de la supernova llegó a la Tierra hace unos 1.700 años, o cuando el imperio maya florecía y la dinastía Jin gobernaba China. Según los estándares cósmicos, el remanente de supernova formado por la explosión es uno de los más jóvenes de nuestra galaxia, la Vía Láctea.
Un sistema estelar binario llamado Terzan 5 CX1 está actuando de una manera muy inusual y curiosa según los datos observados por el observatorio Chandra obtenidos durante casi una década y media.
Este sistema binario está ubicado en un cúmulo globular a unos 19.000 años luz de la Tierra y ha mostrado rasgos de comportamiento de dos tipos diferentes de objetos.
Los datos de Chandra de 2003 muestran que este sistema actuó como un binario de rayos X de baja masa, con una estrella de neutrones que extrae material de una estrella como el Sol. Los datos de Chandra y VLA entre 2009 y 2014 muestran que el sistema cambió para comportarse como un púlsar de milisegundos, luego en 2016 volvió a actuar como un binario de rayos X de baja masa.
Terzan 5 en óptico y rayos x. Créditos: Rayos X: NASA / CXC / Univ. de Amsterdam / N.Degenaar, et al .; Óptico: NASA, ESA
Crédito de imagen: NASA
En sistemas binarios como Terzan 5 CX1, la estrella de neutrones más pesada extrae material del compañero de menor masa hacia un disco circundante. Los astrónomos pueden detectar estos llamados discos de acreción mediante su brillante luz de rayos X, y se refieren a estos objetos como «binarios de rayos X de baja masa».
El material que gira en el disco cae sobre la superficie de la estrella de neutrones, aumentando su velocidad de rotación. La estrella de neutrones puede girar más y más rápido hasta que la esfera de aproximadamente 10 kilómetros de ancho, repleta de más masa que el Sol, gire cientos de veces por segundo.
Finalmente, la transferencia de materia se ralentiza y el material restante es arrastrado por el campo magnético giratorio de la estrella de neutrones, que se convierte en un púlsar de milisegundos . Los astrónomos detectan pulsos de ondas de radio de estos púlsares de milisegundos a medida que el haz de emisión de radio de la estrella de neutrones se extiende sobre la Tierra durante cada rotación.
El objeto Thorne-Zytkow (TZO) es una estrella realmente increíble, se trata de una estrella con un núcleo de neutrones degenerados, fruto del choque de una estrella de neutrones contra una gigante roja, el fruto final es la estrella Thorne-Zytkow, en la que en su núcleo se encuentra una estrella de neutrones. Su nombre se debe a unos astrofísicos que hipotizaron su existencia en un artículo de 1977, fueron Kip Thorne y Anna Żytkow.
Proceso de formación de una estrella Thorne-Zytkow
Los objetos de Thorne-Zytkow son entonces una clase teórica de estrella en la que una estrella de neutrones compacta está rodeada por una envoltura grande y difusa. Se predice que los TZO supergigantes son casi idénticos en apariencia a las estrellas supergigantes rojas (RSG). Las mejores características que se pueden usar en la actualidad para distinguir los TZO de la población general de RSG son el elemento pesado inusualmente fuerte y las líneas de Litio presentes en sus espectros, productos de la envoltura totalmente convectiva de la estrella que une la fotosfera con la región de combustión extraordinariamente caliente en el vecindad del núcleo de la estrella de neutrones.
Algunas candidatas son por ejemplo la estrella HV 2112 en la gran nube de Magallanes, o por ejemplo la estrella VZSagittarii en la constelación de Sagitario. De momento muy pocas ya que es un objeto realmente raro en la galaxia y teórico- Pero ya hay varios candidatos que podrían serlo.
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