Un equipo científico internacional, liderado por el Instituto de Astrofísica de Canarias (IAC), ha encontrado una estrella de neutrones que roba materia a una estrella compañera de forma violenta e inestable. Este proceso, solo observado anteriormente en sistemas muy brillantes con agujeros negros, demuestra que la "inestabilidad" es un proceso físico fundamental y abre un nuevo escenario general que explica la acreción extrema de materia en objetos compactos. El estudio se publica en la revista Nature.

Las binarias de rayos X son sistemas que están formados por un objeto compacto, una estrella de neutrones o un agujero negro, y una estrella de un tamaño similar al Sol. El objeto compacto se alimenta de material que sustrae de la estrella compañera por medio de un disco que emite grandes cantidades de luz, especialmente en rayos X. Este proceso en el que el objeto compacto incorpora material, conocido como acreción, suele producirse en erupciones violentas durante las cuales el sistema se vuelve hasta mil veces más brillante. Además, parte del material sustraído y que cae en espiral hacia el objeto compacto a través del disco es impulsado de vuelta al espacio por medio de vientos o en forma de chorros de materia que llamamos jets.

La binaria de rayos X Swift J1858.6-0814 fue descubierta en 2018 durante uno de estos espectaculares episodios eruptivos. Desde un principio desconcertó a la comunidad astronómica, ya que estuvo experimentando sorprendentes fulguraciones durante un año, emitiendo en todas las longitudes de onda, desde las ondas de radio hasta los rayos X. Se desconocía el origen de estos "fuegos artificiales cósmicos", pero eran tan brillantes que la comunidad científica creyó que el objeto compacto debía de tratarse de un agujero negro. Sin embargo, el descubrimiento en 2020 de explosiones termonucleares identificó la presencia de una superficie sólida en el objeto compacto, confirmando de este modo que Swift J1858 contiene una estrella de neutrones.

Ahora, gracias a una campaña de observación internacional con múltiples telescopios que ha liderado el IAC, el equipo ha descubierto que Swift J1858 presenta las mismas inestabilidades de acreción exóticas que GRS 1915+105, un agujero negro que ha servido como piedra Rosetta para descifrar el complejo comportamiento de esta estrella de neutrones.

“Estas inestabilidades se producen a luminosidades muy elevadas, dando lugar a oscilaciones del disco de acreción de gran amplitud y a fuertes eyecciones de materia”, explica Federico Vincentelli, investigador del IAC y primer autor del artículo. “Este dramático proceso sigue siendo poco conocido y, hasta ahora, solo se había observado en detalle en un sistema en el que el objeto compacto es un agujero negro”, añade.

Comparando los dos sistemas, el equipo científico pudo comprobar aspectos nunca antes observados. “Nos dimos cuenta de que podíamos explicar la compleja fenomenología de ambos objetos con tres ingredientes: un disco de acreción inestable, que produce una emisión de rayos X extremadamente variable a medida que las partes internas del disco se vacían y llenan cíclicamente; eyecciones repetidas de materia (producidas tras el vaciado del disco), que pueden verse en ondas de radio e infrarrojo; y brillantes ecos de estas variaciones internas en las zonas más externas del disco, que pueden observarse desde el infrarrojo hasta el ultravioleta”, comenta Vincentelli.

“El resultado de la investigación demuestra que la ‘inestabilidad’ es un proceso físico fundamental e independiente de la naturaleza del objeto compacto que está alimentándose de materia. Este trabajo plantea un nuevo escenario que permite explicar lo que ocurre en las inmediaciones de estos objetos exóticos (estrellas de neutrones y agujeros negros) cuando incorporan materia a ritmos muy elevados”, señala Montserrat Armas Padilla, investigadora del IAC y coautora del artículo.

Este resultado se obtuvo gracias a una campaña intensiva y simultánea de observación en múltiples longitudes de onda y con cinco telescopios espaciales y terrestres, entre los que se encuentra el Liverpool Telescope ubicado en el Observatorio del Roque de los Muchachos, en La Palma.

Con vistas a futuras investigaciones, el reciente descubrimiento proporciona a la comunidad científica nuevos ingredientes para comprender el origen de las inestabilidades de acreción. “Ahora planeamos extender este tipo de estudios a otros sistemas muy luminosos para arrojar luz sobre los agujeros negros y las estrellas de neutrones cuando incorporan materia a velocidades extremas”, concluye Vincentelli.

Artículo: Vincentelli, Federico et al. “A shared accretion instability for black holes and neutron stars”, Nature, March. DOI: https://www.nature.com/articles/s41586-022-05648-3

Contacto en el IAC:
Federico Vincentelli, federico.vincentelli [at] iac.es (federico[dot]vincentelli[at]iac[dot]es)
Montserrat Armas Padilla, marmas [at] iac.es