El observatorio XRISM liderado por Japón ha capturado el retrato más detallado hasta el momento de los gases que fluyen dentro de Cygnus X-3, una de las fuentes más estudiadas en el cielo de rayos X.

Cygnus X-3 es un sistema binario que combina un tipo raro de estrella de gran masa con una compañera compacta, probablemente un agujero negro.

«La naturaleza de la estrella masiva es un factor que hace que Cygnus X-3 sea tan intrigante», dijo Ralf Ballhausen, asociado postdoctoral en la Universidad de Maryland, College Park, y el Centro de Vuelo Espacial Goddard de la NASA en Greenbelt, Maryland. «Es una estrella Wolf-Rayet, un tipo que ha evolucionado hasta el punto en que fuertes flujos de salida llamados vientos estelares arrancan gas de la superficie de la estrella y lo impulsan hacia afuera. El objeto compacto barre y calienta parte de este gas, lo que hace que emita rayos X”.

“Para XRISM, Cygnus X-3 es un objetivo ideal: su brillo es ‘justo el adecuado’ en el rango de energía en el que XRISM es especialmente sensible”, dijo el coautor Timothy Kallman, astrofísico de la NASA en Goddard. “Esta fuente inusual ha sido estudiada por todos los satélites de rayos X que han volado, por lo que observarla es una especie de rito de iniciación para las nuevas misiones de rayos X”. 

XRISM (pronunciado “crism”) está dirigido por JAXA (Agencia de Exploración Aeroespacial de Japón) en colaboración con la NASA, junto con contribuciones de la ESA (Agencia Espacial Europea). La NASA y JAXA desarrollaron el instrumento espectrómetro de microcalorímetro de la misión, llamado Resolve.

Al observar Cygnus X-3 durante 18 horas a finales de marzo, Resolve obtuvo un espectro de alta resolución que permite a los astrónomos comprender mejor la compleja dinámica de los gases que allí se producen. Entre ellos se incluyen el gas que emana de una estrella masiva y caliente, su interacción con la compañera compacta y una región turbulenta que puede representar una estela producida por la compañera mientras orbita a través del gas que emana.

En Cygnus X-3, la estrella y el objeto compacto están tan cerca que completan una órbita en tan solo 4,8 horas. Se cree que el sistema binario se encuentra a unos 32.000 años luz de distancia en dirección a la constelación norteña de Cygnus.

Aunque las densas nubes de polvo en el plano central de nuestra galaxia ocultan la luz visible de Cygnus X-3, el sistema binario se ha estudiado en radio, infrarrojos y rayos gamma, así como en rayos X.

El sistema está inmerso en el gas que emana de la estrella, que está iluminado e ionizado por los rayos X de la compañera compacta. El gas emite y absorbe rayos X, y muchos de los picos y valles prominentes del espectro incorporan ambos aspectos. Sin embargo, un simple intento de comprender el espectro resulta insuficiente porque algunas de las características parecen estar en el lugar equivocado.

Esto se debe a que el rápido movimiento del gas desplaza estas características de sus energías normales de laboratorio debido al efecto Doppler. Los valles de absorción generalmente se desplazan hacia energías más altas, lo que indica que el gas se mueve hacia nosotros a velocidades de hasta 1,5 millones de km/h. Los picos de emisión se desplazan hacia energías más bajas, lo que indica que el gas se aleja de nosotros a velocidades más lentas.

Algunas características espectrales mostraron valles de absorción mucho más fuertes que los picos de emisión. La razón de este desequilibrio, concluye el equipo, es que la dinámica del viento estelar permite que el gas en movimiento absorba una gama más amplia de energías de rayos X emitidos por la estrella compañera. El detalle del espectro XRISM, particularmente a energías más altas ricas en características producidas por átomos de hierro ionizado, permitió a los científicos desentrañar estos efectos.

“Una clave para obtener este detalle fue la capacidad de XRISM de monitorear el sistema a lo largo de varias órbitas”, dijo Brian Williams, científico del proyecto de la NASA para la misión en Goddard. “Hay mucho más para explorar en este espectro y, en última instancia, esperamos que nos ayude a determinar si el objeto compacto de Cygnus X-3 es de hecho un agujero negro”.