Inicio Contacto RSS
|

Observaciones en Rayos X de un sistema binario con colisión de vientos en el periastro

Santiago del Palacio y Federíco García nos cuentan los detalles del pedido de observación que obtuvieron para estudiar la colisión de vientos de un sistema binario en el periastro de su órbita. Lograron tiempo para observar el evento simultáneamente con los telescopios espaciales Chandra y NuSTAR en rayos-X, y AGILE en rayos gamma. Es la primera vez que es aceptado un pedido con Investigador Principal (PI) con afiliación Argentina para estos instrumentos.

 

¿Pueden resumir sobre qué tratará el trabajo?

Las estrellas de gran masa pierden parte de su materia a través de la emisión de fuertes vientos que emergen desde sus superficies. Cuando dos estrellas de este tipo forman un sistema binario, sus vientos colisionan dando lugar a lo que se conoce como una región de colisión de vientos, cuya compleja y rica fenomenología resulta muy interesante de estudiar.

 

En particular, el sistema binario HD 93129A es uno de los más extremos de la Vía Láctea por poseer dos estrellas muy jóvenes, masivas, luminosas, y con vientos intensos cuya colisión ya ha sido estudiada a través de su emisión en ondas de radio (ver por ejemplo los trabajos liderados por Paula Benaglia, investigadora de la FCAGLP y del IAR). Este sistema, además, tiene un período muy largo, de alrededor de un siglo, su órbita es muy excéntrica, y a mediados de 2018 ocurrirá su pasaje por el periastro, es decir, que ambas estrellas se encontrarán a una distancia mínima, en lo que podría ser la única vez que podamos observarlo en esa posición particular.


En un trabajo teórico que publicó Santiago el año pasado (del Palacio et al. 2016) mostraron que bajo ciertas condiciones, en el pasaje por el periastro, el sistema debería ser capaz de emitir energía de manera significativa en la banda de los rayos X "duros" (arriba de 10 keV), e incluso rayos gamma. Nuestro objetivo es realizar una serie de observaciones con instrumentos espaciales sensibles en ese rango espectral, para poner así a prueba estas predicciones y mejorar nuestros modelos actuales, lo cual redundará en un mejor entendimiento de procesos de aceleración de partículas relativistas y mecanismos de amplificación de campos magnéticos en choques.


¿Cuándo se realizarán las observaciones?

Si bien aún no definimos la fecha exacta, dado que los elementos orbitales del sistema todavía no se conocen con tanta precisión, sabemos que las observaciones se realizarán durante el año que comienza. Para conocer mejor la efemérides, en paralelo, un equipo de colaboradores expertos en observaciones ópticas e infrarrojas realiza una campaña para poder delimitar la órbita a principio de año. Vale aclarar que nosotros nos sumamos a esa campaña de la que Roberto Gamen, investigador de la FCAGLP y del IALP, forma parte hace varios años, y que ahora está englobada dentro de lo que conforma un proyecto observacional multi-longitud de onda.


En la propuesta nosotros solicitamos 50 ks (casi 14 hs), a ser repartidos en 2 observaciones de 25 ks cada una y coordinadas (pero no necesariamente simultáneas) entre los satélites Chandra y NuSTAR. Nuestro objetivo es poder observar en todo el rango de rayos X desde 0.5 hasta ~80 keV, complementando las virtudes de cada instrumento (Chandra tiene el mayor poder resolvente -espacial- de todos los satélites de rayos-X, mientras que NuSTAR es el único instrumento que puede observar hasta tan altas energías).

¿Cuál fue el camino para obtener tiempo de observación simultáneo en 2 telescopios espaciales con mucha demanda?

En 2016, Diego Altamirano fue invitado a la FCAGLP como Profesor Visitante para dictar un curso sobre el satélite NuSTAR en el marco de la Cátedra de Astronomía de Rayos X. En esos días, comenzamos a hablar con él sobre la posibilidad de enviar una propuesta de observación a NuSTAR, el único instrumento capaz de observar la emisión de este sistema en rayos duros. Poco después, un equipo liderado por Hugues Sana (Universidad de Liege) se contactó con Santiago y uno de sus directores para invitarlos a sumarnos a una propuesta que estaban preparando para solicitar tiempo de observación de este sistema con XMM-Newton, un satélite europeo que observa rayos X "blandos" (por debajo de 10 keV), junto con NuSTAR. Así, incorporando nuestros modelos de altas energías y experiencia en astronomía de rayos-X, nos sumamos a la colaboración junto con Diego y Gustavo Romero (co-director de Santiago), y juntos logramos que nos aprueben la propuesta a XMM-Newton, pero no así a NuSTAR.


A principios del 2017 tuvimos la posibilidad de participar de una Escuela de COSPAR en Viedma, Santiago como asistente y Federico como instructor, cuyos organizadores locales fueron Jorge Combi y Facundo Albacete-Colombo. Durante la escuela, Santiago le contó la idea de nuestro trabajo a uno de los instructores, Michael Nowak, quien nos sugirió que presentemos una propuesta al satélite Chandra (similar a XMM, pero con mejor resolución angular aunque un poco menos de sensibilidad) en conjunto con NuSTAR. El resto de la colaboración estuvo de acuerdo en hacerlo, así que Santiago encabezó el armado de la propuesta. Estuvimos trabajando arduamente cerca de 2 semanas dedicadas a preparar la propuesta, enfocándola para hacerla efectiva, concisa, clara y convincente en la factiblidad y relevancia, ya que la competencia por estos satélites es muy alta (estamos hablando de que menos del 20% de las propuestas no-norteamericanas son aprobadas [¹]). Como complemento, Gustavo habló con los encargados del satélite italiano de rayos-gamma AGILE quienes accedieron a observar también el sistema, por lo que también contaremos con observaciones en la banda de rayos gamma.


¿Cual es la importancia de este trabajo?

Hasta la fecha sólo se ha observado fehacientemente una binaria con colisión de vientos en altas energías: la célebre Eta Carinae. Este objeto, extensamente estudiado en el observatorio, es sumamente excepcional en sus características. Por lo tanto, aún no se conoce cuál es la eficacia de los sistemas binarios masivos en general como aceleradores de rayos cósmicos y emisores de rayos gamma. Si logramos detectar de manera convincente emisión en rayos-X y/o rayos gamma que provenga de la interacción entre los vientos estelares en colisión en HD93129A, resultaría un hito en la astrofísica de altas energías. En particular, aspiramos a obtener información valiosa respecto a la hidrodinámica, intensidad de campos magnéticos, y procesos de aceleración de partículas en los choques, a partir de los modelos numéricos que desarrolló Santiago como parte de su Tesis doctoral.

¿Cual es su aporte?

La propuesta conjunta entre Chandra y NuSTAR la escribimos prácticamente nosotros dos, mientras que el resto del equipo hizo correcciones menores. En particular, Santiago ya tenía el modelo teórico desarrollado, a partir del cual pudo describir cuáles son los parámetros libres que podríamos ajustar a partir del espectro observado y su relevancia, y Federico aportó en los aspectos técnicos de la propuesta, en todo lo que son los instrumentos, información que se escuentra buceando mucho en los manuales, y a partir de la experiencia en trabajos previos con otras observaciones. El tiempo con AGILE se pudo obtener gracias a que ya contábamos con predicciones concretas dadas por nuestro modelo, el tiempo asignado en una batería de otros instrumentos, y vínculos concretos fruto de muchos años de colaboraciones internacionales lideradas por Gustavo.

 

¿Tienen pensado continuar investigando el caso o casos similares? ¿Cual es la perspectiva a futuro?

La fase más relevante en este sistema particular esperamos que ocurra durante el pasaje por el periastro, al menos en la banda de rayos X duros y rayos gamma. En la banda de radio se podría estudiar la colisión de vientos a medida que las estrellas vuelvan a separarse (mientras están muy próximas, la emisión queda absorbida dentro del sistema y no se puede observar). De momento habrá que esperar el resultado de estas observaciones. Actualmente no se conoce otro sistema en mejores condiciones para lograr detectar emisión en rayos X duros o rayos gamma en una colisión de vientos estelares y puede que resulte difícil encontrar otro candidato a la brevedad. ¡Esperemos que la naturaleza colabore!


[¹] Acá está el resumen de todas las propuestas presentadas y aprobadas en este ciclo: http://cxc.cfa.harvard.

 

Actualizado el 21/12/2017