El Telescopio Espacial Fermi de rayos Gamma de la NASA ha hecho la primera detección inequívoca de rayos gamma de alta energía, los que proceden de un enigmático sistema binario conocido como Cygnus X-3. La pareja del sistema binario está formada por una caliente y masiva estrella más un objeto compacto -una estrella de neutrones o un agujero negro- que explota en emisiones de radio lanzando chorros de materia hacia el espacio a más de la mitad de la velocidad de la luz.
Los astrónomos llaman microquásares a estos sistemas. Sus propiedades -emisiones en una amplia gama de longitudes de onda, los rápidos cambios de brillo, y chorros de radio- les hacen parecer versiones en miniatura de galaxias distantes (llamadas quásares y blazars) cuyas emisiones se cree que están asociadas a un enorme agujero negro.
"Cygnus X-3 es un auténtico microquásar y es el primero en que podemos demostrar una emisión de alta anergía de rayos gamma", dice Stéphane Corbel Diderot en París, en Francia.
El sistema, detectado por primera vez en 1966 como una de las fuentes de rayos X más fuerte del cielo, fue también una de las primeras fuentes de rayos gamma detectadas. Los esfuerzos para confirmar estas observaciones contribuyeron a estimular el desarrollo y mejora de los detectores de rayos gamma, un legado que culmina con el Telescopio de Gran Área (Large Area Telescope, LAT) a bordo de Fermi.
En el centro de Cygnus X-3 se encuentra una enorme estrella Wolf-Rayet. Con una temperatura superficial de 180.000 grados F, o aproximadamente 17 veces más caliente que el Sol, la estrella es tan caliente que su masa 'sangra' en el espacio en forma de un flujo poderoso llamado viento estelar. "En tan sólo 100.000 años, este rápido y denso viento quita tanta masa de la estrella Wolf-Rayet como la que contiene nuestro Sol", dice Robin Corbet en la Universidad de Maryland, Condado de Baltimore.
Cada 4,8 horas, el compañero compacto gira alrededor de la estrella. "Lo más probable es que este objeto sea un agujero negro, pero no podemos descartar una estrella de neutrones", señaló Corbet.
El LAT de Fermi detecta cambios en la emisión de rayos gamma de Cygnus X-3 en relación al movimiento de su acompañante que lo orbita cada 4,8 horas. La emisión más brillante de rayos gamma se produce cuando el disco está en el lado lejano de su órbita. "Esto sugiere que los rayos gamma surgen de las interacciones entre los electrones que se mueven rápidamente por encima y por debajo del disco y la luz ultravioleta de la estrella", explicó Corbel.
Cuando los fotones ultravioleta 'golpean' a las partículas que se mueven casi a la velocidad de la luz, los fotones ganan energía y se convierten en rayos gamma. "El proceso funciona mejor cuando un electrón enérgico se dirige hacia la Tierra y sufre una colisión frontal con un fotón de rayos ultravioleta", añadió Guillaume Dubus del Laboratorio de Astrofísica de Grenoble, Francia. "Y esto ocurre con más frecuencia cuando el disco está en el lado lejano de su órbita".
A través de procesos que no se comprenden totalmente, parte del gas que cae dentro del objeto compacto de Cygnus X-3 es expulsado en dos chorros de dirección opuesta. Las observaciones de radio registran el movimiento del gas y se puede apreciar que la velocidad de estos chorros es más de la mita de la velocidad de la luz.
Entre el 11 de octubre y 20 de diciembre 2008, y nuevamente entre el 8 de junio y 2 de agosto de 2009, Cygnus X-3 estaba inusualmente activo. El equipo encontró que los estallidos en el sistema de emisión de rayos gamma eran precedidos por 'llamaradas' en los chorros por aproximadamente 5 días, lo cual sugiere una relación entre ambos.
Los resultados, publicados en la edición electrónica de Science, proporcionarán nuevos conocimientos sobre cómo partículas de alta energía se aceleran y cómo se mueven a través de los chorros.
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