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Un extraño objeto estelar está emitiendo tanta luz que viola los límites astrofísicos

Se llama M82 X-2 y emite luz equivalente a 10 millones de soles

Ilustración artística de la estrella de neutrones M82 X-2 | JPL NASA
Ilustración artística de la estrella de neutrones M82 X-2 | JPL NASA

El Universo es una fuente inagotable de asombro y conocimiento. Como en un gigantesco juego de detectives, los astrofísicos intentan desvelar misterios cósmicos, y las leyes que los rigen, a partir de pistas que la luz deja a su paso. No podemos recrear las condiciones dentro de una estrella, simular los brutales campos gravitatorios que las rodean y ni siquiera con la tecnología más puntera podríamos lograr una mínima parte de las fuerzas que operan en objetos supermasivos como los agujeros negros. A excepción de alguna sonda ocasional que ha logrado recoger muestras de algún asteroide y a la espera de alguna misión tripulada en el futuro pise y estudie in situ algún planeta de nuestro vecindario, todo lo que nos queda es la observación y el estudio minucioso de la luz que recogen nuestros observatorios y telescopios, tanto en tierra como en el espacio. La mayoría de lo que sabemos sobre el Universo los hemos averiguado gracias a la luz… pero tan solo representa una minúscula parte de todo lo que nos queda por aprender. Por eso siempre tendremos sorpresas apasionantes.

Una de estas extrañezas cósmicas es la protagonista de un interesante artículo realizado por investigadores de NASA sobre un objeto denominado M82 X-2 que emite energía electromagnética muy por encima de lo que nuestros modelos físicos esperarían. La noticia es fascinante y para explicarla de una manera accesible y amena contaré con la ayuda de dos grandes astrofísicos, Héctor Socas investigador científico en el Instituto de Astrofísica de Canarias y director del Museo de la Ciencia y el Cosmos de Tenerife, y Miguel Santander, astrofísico en el Observatorio Astronómico Nacional de Madrid.

Hace algo más de una década, en 2012, la NASA lanzó el telescopio NuSTAR, (siglas que corresponden a Telescopio espectroscópico nuclear conjunto) con la tarea de observar y obtener datos los objetos más energéticos del Universo. Entre estos fenómenos se encuentran las denominadas Fuentes ultra luminosas de rayos X (ULX) cuya luminosidad se encuentra en la frontera de una ley física conocida como Límite de Eddington. A grandes rasgos, este límite expresa la cantidad máxima de luminosidad que un cuerpo puede emitir de manera uniforme según su masa y por eso los eventos más luminosos del cosmos se corresponden con objetos de masas enormes como los agujeros negros super-masivos o los quásares. Este Límite de Eddington es una de las ecuaciones físicas más utilizadas en astrofísica ya que conociendo la luminosidad de un objeto se puede calcular la masa máxima que puede tener.

Ejemplo de detección de pulsos de M82 X-2 | Matteo Bachetti et al. The Astrophysical Journal
Ejemplo de detección de pulsos de M82 X-2 | Matteo Bachetti et al. The Astrophysical Journal

Sin embargo, hace tan solo unos meses un artículo científico publicado en The Astrophysical Journal informaba de un hallazgo insólito: M82 X-2 era la primera fuente de rayos X ultraluminosa que no se correspondía con un objeto enorme, en realidad se trataba de una estrella de neutrones. Esto es un hecho desconcertante: Por primera vez, una simple estrella de neutrones, con una masa de aproximadamente 1,4 veces nuestro Sol, era capaz de producir una luminosidad equivalente a diez millones de soles

“Una de las opciones que se manejó es que alrededor de esta estrella de neutrones hubiera una nube de materia”, nos explica el astrofísico Miguel Santander. “Podría ocurrir que, de vez en cuando, algo de esa materia cayera en la estrella de neutrones y se produjese una especie de fogonazo”.

Las estrellas de neutrones giran muy rápidamente (algunas de ellas pueden girar cientos de veces sobre su eje en un solo segundo) y pueden producir estos flashes, como si fuesen destellos procedentes de un faro en la costa. “Esto resolvería el problema con el Límite de Eddington ya que este límite supone simetría esférica y una luminosidad uniforme en el objeto".

Otra opción, relacionada con la idea anterior, es que “estos púlsares o estrellas de neutrones producen un faro de forma bipolar, alineada con un cierto eje, que va girando y que define dos conos de luz que barren el cielo a gran velocidad”, aclara Santander. “Si resulta que la Tierra, o en este caso el Telescopio, se encuentra alineada con esos conos, entonces observarás pulsos como si estuvieras viendo un faro, pero el objeto no está radiando toda esa energía en toda la superficie, en toda la esfera, sino que está radiando de manera muy directa mucha energía en esa dirección concreta… y justo es la dirección en la que te llega a ti, por lo que es lógico suponer que brilla más de lo que físicamente puede brillar”.

Esta hipótesis, basada en que la estrella enfoca la luz en un punto determinado, era atractiva y solucionaba el problema con el Límite de Eddington… sin embargo, el propio estudio la descarta después seguir durante 7 años la órbita de M82 X-2 y confirmando que existe una transferencia de masa extrema, “de más de 150 veces el límite de transferencia de masa establecido por la luminosidad de Eddington”. Los autores señalan que estos datos tan contundentes “son más que suficientes para justificar su luminosidad, sin necesidad de enfoque”… Vuelta al punto de partida.

Representación artística de los potentes campos magnéticos de una estrella de neutrones
Representación artística de los potentes campos magnéticos de una estrella de neutrones

Si el efecto “enfoque” no es suficiente para explicar esta excesiva luminosidad, los científicos pasaron a considerar un nuevo factor: El campo magnético de M82 X-2. “En las estrellas de neutrones el campo magnético es enorme y podría ser que estuviésemos viendo una intensidad amplificada en una dirección y que eso no sea representativo de lo que ese objeto emite en todas las direcciones”, explica el astrofísico Héctor Socas. “El campo magnético es nuestro principal sospechoso, sobre todo si tenemos en cuenta que esta ecuación de Arthur Eddington se enunció a principios del siglo XX y no tuvo en cuenta los campos magnéticos, por lo que podríamos decir que tienen el motivo y el arma del crimen”.

Aun así, que el poderoso campo magnético de una estrella de neutrones pueda hacer que ese objeto supere tan ampliamente el límite de luminosidad de Eddington sigue siendo una idea controvertida que necesitará de más estudios, datos y observaciones. Por ahora, tan solo podemos afirmar que, ahí arriba, a 12 millones de años luz de distancia, existe un extraño objeto tan luminoso que necesitará el trabajo de nuestros más “brillantes” astrofísicos…

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Referencias científicas y más información:

Calla Cofield “NASA Study Helps Explain Limit-Breaking Ultra-Luminous X-Ray Sources” Jet Propulsory Laboratory (NASA)

Briley Lewis “Bizarre object 10 million times brighter than the sun defies physics” Space.com

Matteo Bachetti et al. “Orbital Decay in M82 X-2” The Astrophysical Journal (2022) DOI:10.3847/1538-4357/ac8d67

Mi agradecimiento especial a los astrofísicos Héctor Socas y Miguel Santander.