Una peculiaridad en el diseño del observatorio de rayos X ha hecho posible que los astrónomos utilicen luz no deseada para estudiar incluso más objetos cósmicos que antes.
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 o enormes agujeros negros que se alimentan de gas caliente. Durante ese tiempo, los científicos han tenido que lidiar con la luz residual que se filtra a través de los lados del observatorio, lo que interfiere con las observaciones, como ocurre en una llamada telefónica cuando el ruido de fondo perturba la comunicación.
Ahora, los miembros del equipo han descubierto cómo usar esa luz de rayos X para estudiar los objetos en la visión periférica de NuSTAR mientras realizan observaciones. Esta nueva técnica puede multiplicar los conocimientos que proporciona NuSTAR. Un nuevo artículo científico publicado en el Astrophysical Journal describe el primer uso de NuSTAR observando esa luz residual para aprender sobre un objeto cósmico, en este caso, una estrella de neutrones.
Como restos de material que quedan después del colapso de una estrella, las estrellas de neutrones son uno 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 es capaz de detectar.
El nuevo estudio describe un sistema llamado SMC X-1, que consiste en una estrella de neutrones que orbita una estrella en su secuencia principal, ubicadas en una de las dos pequeñas galaxias que orbitan a la Vía Láctea. El brillo de la salida de rayos X de SMC X-1 parece variar enormemente cuando se observa con telescopios, pero tras décadas de observaciones directas realizadas por 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 la luz residual fueron lo suficientemente sensibles como para detectar algunos de esos cambios.
“Creo que este artículo muestra que este estudio de luz residual es viable, porque observamos 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 residual para observar objetos cuando aún no sabemos si están cambiando regularmente en brillo y usar así este método para detectar cambios”.
Forma y Función
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 de 10 metros de largo llamada mástil desplegable. 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 permite enfocar la luz.
Pero la luz residual también llega a los detectores, entrando por los lados del mástil, sin pasar por la óptica. Aparece en el campo de visión de NuSTAR junto con la luz de cualquier objeto que el telescopio observe 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 ya se sabe, la luz residual 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 residual de varias observaciones de NuSTAR. Después de identificar fuentes de rayos X conocidas y brillantes en la periferia de cada observación, usaron modelos informáticos para predecir cuánta luz residual debería aparecer en función de qué objeto brillante estuviera cerca. También estudiaron casi todas las observaciones de NuSTAR para confirmar la indicación reveladora de luz residual. El equipo creó un catálogo de alrededor de 80 objetos para los cuales NuSTAR había recopilado observaciones de luz residual, y llamaron a este catálogo “StrayCats”.
“Imagínese sentarse en una sala de cine tranquila, ver un drama y estar escuchando las explosiones de la película de acción que se reproduce en la sala 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 la luz residual: 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 residual no pueden reemplazar las observaciones directas de NuSTAR. Además de que la luz residual está desenfocada, muchos objetos que NuSTAR puede observar directamente son demasiado débiles para aparecer en el catálogo de luz residual. Pero Grefenstette dijo que varios estudiantes de Caltech revisaron los datos y encontraron casos de brillo repentino de objetos periféricos, que podrían ser distintos eventos, como explosiones termonucleares en las superficies de las 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 esos 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 residual podrían ser una excelente manera de verificación y establecer una línea de base”, dijo Renee Ludlam, becaria Einstein del Programa de becas Hubble de la NASA en Caltech, y miembro del equipo de StrayCats. “También podrían 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 residual no reemplazan las observaciones directas, pero obtener más datos siempre es bueno”.
Más información de NuSTAR
NuSTAR se lanzó el 13 de junio de 2012. Es una misión Small Explorer dirigida por Caltech y administrada por JPL para la Science Mission Directorate de la NASA en Washington, fue desarrollada en asociación con la Universidad Técnica Danesa (DTU) y la Agencia Espacial Italiana (ASI). La óptica del telescopio fue construida por la Universidad de Columbia, el Goddard Space Flight Center de la NASA en Greenbelt, Maryland y DTU. La nave espacial fue construida por Orbital Sciences Corp. en Dulles, Virginia. El centro de operaciones de la misión de NuSTAR se encuentra en la Universidad de California, Berkeley, y el archivo de datos oficial se encuentra en el High Energy Astrophysics Science Archive Research Center de la NASA. ASI proporciona la estación terrestre de la misión y un archivo de datos espejo. Caltech administra JPL para la NASA.
Edición: R. Castro.