Giuseppina Fabbiano se dedica a la astronomía en rayos X desde hace más de treinta años. Comenzó a trabajar en la acreción en estrellas binarias durante su tesis, que hizo con datos obtenidos por el satélite Uhuru, el primero en observar en este rango del espectro. Explica que cada nuevo satélite era mejor que el anterior, y era posible observar fuentes muy luminosas en nuestra propia galaxia o cefeidas muy brillantes en otras galaxias. Después trabajó con restos de supernova y fuentes extensas. Y hace veinte años, cuando se tomaron las primeras imágenes del cielo, se pasó a las galaxias de rayos X.
¿Cuál es su especialidad en el mundo de la acreción?
Soy una observadora en astronomía de rayos X, para la cual se necesitan satélites pues estos rayos no atraviesan la atmósfera terrestre. Es en este rango del espectro electromagnético que se distingue la energía liberada en los procesos de acreción en estrellas binarias o núcleos activos de galaxias. La razón de ello es que el material acretado entra en un disco de acreción donde la energía gravitacional se transforma en térmica (la temperatura en estos discos es extremadamente elevada), y es en el rango de rayos X donde se encuentras el pico de la emisión energética.
¿Qué datos utiliza para su trabajo?
Actualmente la mayoría de ellos proceden del observatorio en rayos X Chandra, uno de los grandes observatorios de NASA. También trabajo en el departamento de sistemas de datos, constituido por un grupo de personas que procesan los datos y los suministra, junto con software, a los usuarios.
Con Chandra lo que es muy excitante es que cuando observas una galaxia externa ves muchísimas estrellas binarias acretantes. Puedes distinguirlas individualmente, y la pregunta es cómo está relacionada la población de binarias con la naturaleza de una población estelar.
Una galaxia anciana con estrellas viejas en principio formaría binarias poco masivas, y una población estelar más joven generaría binarias muy masivas. Al observar a una población en rayos X se perciben las diferentes características.
¿Cuáles son las fuentes de rayos X que encuentra más interesantes?
Entre las fuentes más apasionantes que hemos visto en la última década destacan las fuentes ultraluminosas en rayos X. Fueron descubiertas hace veinte años con el primer telescopio con un espejo de verdad y que podía tomar imágenes del cielo. Se trataba del Observatorio Einstein, lanzado por NASA en 1978.
Se trataba de un telescopio de apuntado, pero observó gran parte del cielo en rayos X. Fue la primera vez que fue posible ver imágenes de otras galaxias. En algunas de ellas distinguimos lo que parecían ser fuentes puntuales extremadamente luminosas. Se calcula la luminosidad a partir de la distancia a la que se encuentra la galaxia. Esto es más complejo de hacer con fuentes de la Vía Láctea porque estamos dentro de ella.
Dichas fuentes eran diez veces más brillantes que lo que uno esperaría de una fuente binaria estándar, incluso con un agujero negro. Existe un límite en Astrofísica, el llamado límite de Eddington, que es el punto en el cual la presión debida a la radiación compensa la presión procedente de la acreción que llega, de modo que se detiene el flujo de materia.
¿Cómo podía explicarse esta luminosidad extrema?
La luminosidad era tal que hubiera exigido un agujero negro con una masa cien veces la del Sol. Si el objeto acretante era realmente un agujero negro tan masivo, se trataba de un descubrimiento muy interesante puesto que los agujeros negros que se han detectado en binarias de rayos X en nuestra propia galaxia tienen diez veces la masa solar.
La creación de un agujero negro tan grande es extremadamente compleja desde el punto de vista de la evolución de una estrella ordinaria. Así que los investigadores se emocionaron al pensar que quizás se trataba de los restos de estrellas primordiales en los comienzos de la historia del Universo, que se habrían fusionado y creado agujeros negros más masivos. Otra posibilidad era que hubiera sido generado al colapsarse un cúmulo.
Así que los agujeros negros no son todos iguales…
Dentro de los agujeros negros conocidos están los agujeros negros estelares (de diez masas solares) en las binarias de rayos X. Y están los agujeros negros supermasivos: los núcleos activos de galaxias. Estos poseen masas que van desde un millón hasta mil millones de masas solares, así que son enormes. Después está el rango de masas intermedias, que no han sido nunca detectadas. Una posibilidad es que las emisiones ultraluminosas de rayos X indiquen esto.
Muchas de estas emisiones ultraluminosas en rayos X probablemente contienen binarias en rayos X muy particulares. Es decir, en un estado en el cual la acreción es muy fuerte de modo que el límite de Eddington puede tener repercusiones en la binaria en forma de eyecciones y chorros, y también con la emisión de radiación en grandes cantidades.
Esta es una posibilidad, pero hay algunos objetos cuya luminosidad supera el límite de Eddington de un agujero negro estándar de diez masas solares. Estos son más difíciles de explicar. Si pudiera realmente demostrarse que uno de estos objetos es de verdad muy masivo, podría ser un remanente del universo temprano.
Muchas de estas fuentes energéticas han sido observadas con Chandra y XMM-Newton. Tienen que mirar a las galaxias externas para encontrarlas puesto que es necesario que haya un gran número de binarias de rayos X. El debate está todavía abierto: los investigadores esperan encontrar una prueba determinante de la existencia de los agujeros negros intermedios.
¿Cómo observa estas fuentes de energía?
Se pueden observar en distintas longitudes de onda. Es necesario un satélite en rayos X para encontrarlas, puesto que emiten en rayos X. Así que miras a la galaxia en cuestión y ves una fuente de energía puntual muy luminosa. Una vez la tienes, se intenta seguir con telescopios ópticos. El Telescopio Espacial Hubble lo hace bien, al estar por encima de la atmósfera, pero lo cierto es que desde tierra se puede obtener también una buena resolución.
Si se encuentra la estrella que está con este objeto, la compañera, y si es posible encontrar variabilidad en ella (básicamente se obtiene una medida distinta de la masa en base a una función de masa) la prueba sería completa. Imagina que mides la masa y esta corresponde a un objeto de cincuenta masas solares o más, ya lo tienes.
Creo que con los nuevos telescopios, tanto los de la ESO como los grandes telescopios que se están desarrollando para el futuro, será posible conseguirlo.
Por fin sabemos de dónde obtienen los agujeros negros sus campos magnéticos: de las estrellas progenitoras que colapsan en estos espacios completamente desprovistos de materia. Para los autores, este hallazgo puede cambiar nuestra percepción de los sistemas estelares y su evolución.
Si bien los astrónomos ya habían capturado alrededor de dos docenas de imágenes ampliadas de este tipo de estrellas, es la primera vez que llegan a observar una de ellas en detalle.
