Fuente de rayos X astrofísica
Fuentes de rayos X Astrophysical son objetos astronómicos con propiedades físicas que dan lugar a la emisión de rayos X .
Hay varios tipos de objetos astrofísicos que emiten rayos X, desde cúmulos de galaxias , a través de agujeros negros en núcleos galácticos activos (AGN) hasta objetos galácticos como remanentes de supernovas , estrellas y estrellas binarias que contienen una enana blanca ( estrellas variables cataclísmicas y fuentes de rayos X súper suaves ), estrella de neutrones o agujero negro ( binarios de rayos X ). Algunos cuerpos del Sistema Solar emiten rayos X, el más notable es la Luna., aunque la mayor parte del brillo de los rayos X de la Luna proviene de los rayos X solares reflejados. Se cree que una combinación de muchas fuentes de rayos X sin resolver produce el fondo de rayos X observado . El continuo de rayos X puede surgir de bremsstrahlung , ya sea Coulomb magnético o ordinario, radiación de cuerpo negro , radiación de sincrotrón , dispersión Compton inversa de fotones de menor energía por electrones relativistas, colisiones de protones rápidos con electrones atómicos y recombinación atómica. , con o sin transiciones de electrones adicionales. [1]
Además, las entidades celestes en el espacio se analizan como fuentes de rayos X celestes. El origen de todas las fuentes de rayos X astronómicos observadas está en, cerca o asociado con una nube coronal o gas a temperaturas de la nube coronal por un período largo o breve.
Los cúmulos de galaxias se forman por la fusión de unidades más pequeñas de materia, como grupos de galaxias o galaxias individuales. El material que cae (que contiene galaxias, gas y materia oscura ) gana energía cinética a medida que cae en el pozo de potencial gravitacional del cúmulo . El gas que cae choca con el gas que ya se encuentra en el grupo y se calienta por choque entre 10 7 y 10 8 K, según el tamaño del grupo. Este gas muy caliente emite rayos X por emisión térmica bremsstrahlung y emisión lineal de metales (en astronomía, 'metales' a menudo significa todos los elementos excepto hidrógeno y helio). Las galaxias y la materia oscura no tienen colisión y rápidamente se virializan , orbitando bien en el potencial del cúmulo .
Con una significancia estadística de 8σ, se encontró que el desplazamiento espacial del centro de la masa total desde el centro de los picos de masa bariónica no se puede explicar con una alteración de la ley de la fuerza gravitacional. [2]
Una fuente de radio cuasi-estelar ( cuásar ) es una galaxia muy enérgica y distante con un núcleo galáctico activo (AGN). QSO 0836 + 7107 es un Q uasi- S Tellar O bject (QSO) que emite desconcertante cantidades de energía de radio. Esta emisión de radio es causada por electrones en espiral (acelerando así) a lo largo de campos magnéticos que producen radiación de ciclotrón o sincrotrón . Estos electrones también pueden interactuar con la luz visible emitida por el disco alrededor del AGN o el agujero negro en su centro. Estos fotones aceleran los electrones, que luego emiten radiación X y gamma a través de Compton yDispersión inversa de Compton .
Los rayos X comienzan en ~ 0.008 nm y se extienden a través del espectro electromagnético hasta ~ 8 nm, sobre el cual la atmósfera de la Tierra es opaca .
Foto de rayos X del Observatorio de rayos X Chandra del Bullet Cluster . El tiempo de exposición fue de 140 horas. La escala se muestra en mega parsecs . Redshift ( z ) = 0.3, lo que significa que su luz tiene longitudes de onda alargadas por un factor de 1.3.
Una vista de 4C 71.07 a partir de observaciones del Experimento de Fuente Transitoria y Ráfaga. Esto ayudó a convencer a los científicos de que estaban estudiando datos del cuásar y no de alguna otra fuente en el vecindario.
En luz visible, 4C 71.07 es menos que impresionante, solo una mota de luz distante. Es en la radio y los rayos X, y ahora, los rayos gamma, donde este objeto realmente brilla. 4C 71.07 es su designación en el cuarto catálogo de fuentes de radio de la Universidad de Cambridge. 4C 71.07 tiene un corrimiento al rojo de z = 2.17, colocándolo a unos 11 mil millones de años de distancia en un universo de 12 a 15 mil millones de años (usando z = 1 como 5 mil millones de años luz).
Imagen de Chandra de Cygnus X-1 , que fue el primer candidato fuerte a agujero negro descubierto.
La supernova 2005ke, que se detectó en 2005, es una supernova de Tipo Ia, una importante explosión de "vela estándar" utilizada por los astrónomos para medir distancias en el universo. Aquí se muestra la explosión en longitudes de onda ópticas, ultravioleta y de rayos X. Esta es la primera imagen de rayos X de un Tipo Ia, y ha proporcionado evidencia de observación de que el Tipo Ia es la explosión de una enana blanca que orbita una estrella gigante roja.
Imagen de rayos X del remanente SN 1572 Tipo Ia visto por el Telescopio Espacial Chandra
Esta curva de luz de Her X-1 muestra variabilidad a largo y medio plazo. Cada par de líneas verticales delinean el eclipse del objeto compacto detrás de su estrella compañera. En este caso, la compañera es una estrella de 2 masas solares con un radio de casi 4 veces el de nuestro Sol. Este eclipse nos muestra el período orbital del sistema, 1,7 días.
La corona del Sol como se ve en la región de rayos X del espectro electromagnético el 8 de mayo de 1992 por el telescopio de rayos X blandos a bordo de la nave espacial del observatorio solar Yohkoh .
Este es un compuesto de 3 capas de color falso del observatorio TRACE : los canales azul, verde y rojo muestran los 17,1 nm, 19,5 nm y 28,4 nm, respectivamente. Estos filtros TRACE son más sensibles a las emisiones de plasma de 1, 1,5 y 2 millones de grados, por lo que muestran la corona completa y el detalle de los bucles coronales en la atmósfera solar inferior.
Imagen de Chandra de LP 944-20 antes del destello y durante el destello.
Imágenes de rayos X de Chandra (izquierda) y ópticas del Hubble (derecha) de Saturno el 14 de abril de 2003. Período de observación: 20 horas, 14-15 de abril de 2003. Código de color: rojo (0,4 - 0,6 keV), verde (0,6 - 0,8 keV ), azul (0,8 - 1,0 keV).
Júpiter muestra una intensa emisión de rayos X asociada con auroras en sus regiones polares (imagen de rayos X del observatorio Chandra a la izquierda). El esquema adjunto ilustra cómo se produce la actividad auroral inusualmente frecuente y espectacular de Júpiter. El fuerte campo magnético de Júpiter que gira rápidamente (líneas de color azul claro) genera fuertes campos eléctricos en el espacio alrededor del planeta. Las partículas cargadas (puntos blancos), atrapadas en el campo magnético de Júpiter, se aceleran continuamente (partículas de oro) hacia la atmósfera por encima de las regiones polares, por lo que las auroras casi siempre están activas en Júpiter. Período de observación: 17 h, 24-26 de febrero de 2003.
El cometa Lulin atravesaba la constelación de Libra cuando Swift lo fotografió el 28 de enero de 2009. Esta imagen combina los datos adquiridos por el telescopio óptico / ultravioleta de Swift (azul y verde) y el telescopio de rayos X (rojo). En el momento de la observación, el cometa estaba a 99,5 millones de millas de la Tierra y a 115,3 millones de millas del Sol.
Galaxia de Andrómeda : en rayos X de alta energía y luz ultravioleta (lanzada el 5 de enero de 2016).
Usando el telescopio de rayos X Chandra en órbita, los astrónomos han tomado imágenes del centro de nuestro universo de islas casi gemelas, encontrando evidencia de un objeto extraño. Como la Vía Láctea, AndrómedaEl centro galáctico parece albergar una fuente de rayos X característica de un agujero negro de un millón o más de masas solares. Visto arriba, la imagen de rayos X de color falso muestra una serie de fuentes de rayos X, probablemente estrellas binarias de rayos X, dentro de la región central de Andrómeda como puntos amarillentos. La fuente azul ubicada justo en el centro de la galaxia coincide con la posición del presunto agujero negro masivo. Si bien los rayos X se producen cuando el material cae en el agujero negro y se calienta, las estimaciones de los datos de rayos X muestran que la fuente central de Andrómeda es muy fría, solo alrededor de un millón de grados, en comparación con las decenas de millones de grados indicadas para Andrómeda. Binarios de rayos X.
Imagen de Chandra de 3C 295 , un cúmulo de galaxias fuertemente emisor de rayos X en la constelación de Boötes . El grupo está lleno de gas. La imagen tiene 42 segundos de arco de ancho. RA 14 h 11 m 20 s Dic −52 ° 12 '21 ". Fecha de observación: 30 de agosto de 1999. Instrumento: ACIS. Aka: Cl 1409 + 524
Imagen de Chandra del gas emisor de rayos X caliente que impregna el cúmulo de galaxias MS 0735.6 + 7421 en Camelopardus. Dos vastas cavidades, cada una de 600.000 lyrs de diámetro, aparecen en lados opuestos de una gran galaxia en el centro del cúmulo. Estas cavidades están llenas de una burbuja magnetizada alargada de dos lados de electrones de energía extremadamente alta que emiten ondas de radio. La imagen es de 4,2 minutos de arco por lado. RA 07 h 41 m 50,20 s Dec + 74 ° 14 '51,00 "en Camelopardus . Fecha de observación: 30 de noviembre de 2003.
Una imagen de infrarrojo cercano de NGC 4151.
Cassiopeia A: una imagen en falso color compuesta de datos de tres fuentes. El rojo son los datos infrarrojos del Telescopio Espacial Spitzer , el naranja son los datos visibles del Telescopio Espacial Hubble y el azul y el verde son los datos del Observatorio de Rayos X Chandra .
Clasificada como una estrella peculiar , Eta Carinae exhibe una superestrella en su centro como se ve en esta imagen de Chandra . La nueva observación de rayos X muestra tres estructuras distintas: un anillo exterior en forma de herradura de unos 2 años luz de diámetro, un núcleo interior caliente de unos 3 meses luz de diámetro y una fuente central caliente de menos de 1 mes luz de diámetro. que puede contener la superestrella que impulsa todo el espectáculo. El anillo exterior proporciona evidencia de otra gran explosión que ocurrió hace más de 1.000 años.
Dos agujeros negros supermasivos en espiral hacia la fusión cerca del centro de NGC 1128 , a unos 25.000 años luz de distancia entre sí.
Esto muestra una imagen ROSAT en falso color en rayos X entre 500 eV y 1.1 keV de la nube oscura Chamaeleon I. Los contornos son emisiones de polvo de 100 µm medidas por el satélite IRAS.
Imagen del Observatorio de rayos X Chandra del cúmulo de galaxias Abell 2142 .
La imagen de rayos X de Chandra es del cuásar PKS 1127-145, una fuente muy luminosa de rayos X y luz visible a unos 10 mil millones de años luz de la Tierra. Un enorme chorro de rayos X se extiende al menos un millón de años luz desde el quásar. La imagen es de 60 segundos de arco de lado. RA 11h 30 m 7.10s Dec −14 ° 49 '27 "en el cráter. Fecha de observación: 28 de mayo de 2000. Instrumento: ACIS.
Esta imagen de color falso ROSAT PSPC es de una porción de una superburbuja de viento estelar cercana (la Burbuja de Orión-Eridanus ) que se extiende a través de Eridanus y Orión . Los rayos X suaves son emitidos por gas caliente (T ~ 2–3 MK) en el interior de la superburbuja. Este objeto brillante forma el fondo de la "sombra" de un filamento de gas y polvo. El filamento se muestra por los contornos superpuestos, que representan una emisión de 100 micrómetros de polvo a una temperatura de aproximadamente 30 K según lo medido por IRAS.. Aquí el filamento absorbe rayos X suaves entre 100 y 300 eV, lo que indica que el gas caliente se encuentra detrás del filamento. Este filamento puede ser parte de una capa de gas neutro que rodea la burbuja caliente. Su interior está energizado por luz ultravioleta y vientos estelares de estrellas calientes en la asociación Orion OB1. Estas estrellas energizan una superburbuja de aproximadamente 1200 lys a través de la cual se observa en las porciones óptica (Hα) y de rayos X del espectro.
Esta imagen de rayos X de Chandra revela una gran nube de gas caliente que se extiende por todo el cúmulo de galaxias Hydra A. La imagen tiene 2,7 minutos de arco de ancho. RA 09 h 18 m 06 s Dic −12 ° 05 '45 "en Hydra . Fecha de observación: 30 de octubre de 1999. Instrumento: ACIS.
Imagen de Chandra de dos galaxias (Arp 270) en la etapa inicial de una fusión en la constelación de Leo Minor . En la imagen, el rojo representa rayos X de baja energía, verde intermedia y azul de alta energía (temperatura). La imagen es de 4 minutos de arco en un lado. RA 10h 49 m 52,5 s Dic + 32 ° 59 '6 ". Fecha de observación: 28 de abril de 2001. Instrumento: ACIS.
A la derecha está la imagen visual de la constelación de Orión . A la izquierda está Orión como se ve solo en rayos X. Betelgeuse se ve fácilmente por encima de las tres estrellas del cinturón de Orión a la derecha. Los colores de los rayos X representan la temperatura de la emisión de rayos X de cada estrella: las estrellas calientes son azul-blancas y las más frías son amarillas-rojas. El objeto más brillante en la imagen óptica es la luna llena, que también se encuentra en la imagen de rayos X. La imagen de rayos X fue obtenida por el satélite ROSAT durante la fase All-Sky Survey en 1990-1991.
El Quinteto de Stephan , un grupo compacto de galaxias descubierto hace unos 130 años y ubicado a unos 280 millones de años luz de la Tierra, brinda una oportunidad única de observar un grupo de galaxias en el proceso de evolución de un sistema débil de rayos X dominado por galaxias espirales a un Sistema más desarrollado dominado por galaxias elípticas y emisión de rayos X brillantes. Ser capaz de presenciar el efecto dramático de las colisiones en la causa de esta evolución es importante para aumentar nuestra comprensión de los orígenes de los halos de gas brillantes de rayos X calientes en grupos de galaxias.
Observaciones de Chandra de las regiones centrales del cúmulo de galaxias Perseus. La imagen tiene 284 segundos de arco de ancho. RA 03 h 19 m 47,60 s Dec + 41 ° 30 '37,00 "en Perseo . Fechas de observación: 13 puntos entre el 8 de agosto de 2002 y el 20 de octubre de 2004. Código de color: Energía (rojo 0,3–1,2 keV, verde 1,2-2 keV, azul 2-7 keV) Instrumento: ACIS.
Esta imagen de rayos X de Chandra de Radio Galaxy Pictor A muestra un chorro espectacular que emana del centro de la galaxia (izquierda) y se extiende a lo largo de 360 mil lyr hacia un punto caliente brillante. La imagen tiene 4,2 minutos de arco de ancho. RA 05h 19 m 49,70s Dec −45 ° 46 '45 "en la imagen. Instrumento: ACIS.
La imagen de tres colores de Chandra (recuadro) es una región del remanente de supernova Puppis A (vista gran angular de ROSAT en azul). revela una nube desgarrada por una onda de choque producida en una explosión de supernova. La imagen ROSAT tiene 88 minutos de arco de ancho; Imagen de Chandra de 8 minutos de arco de ancho. RA 08 h 23 m 08.16 s Dec −42 ° 41 '41.40 "en Puppis. Fecha de observación: 4 de septiembre de 2005. Código de color: Energy (Rojo 0.4–0.7 keV; Verde 0.7–1.2 keV; Azul 1.2–10 keV). Instrumento : ACIS.
Sagitario A (o Sgr A) es un complejo en el centro de la Vía Láctea. Consta de tres componentes superpuestos, el SNR Sagitario A Este, la estructura espiral Sagitario A Oeste y una fuente de radio compacta muy brillante en el centro de la espiral, Sagitario A * .
Esta imagen combina datos de cuatro observatorios diferentes: el Observatorio de rayos X Chandra (violeta); el satélite Galaxy Evolution Explorer (ultravioleta / azul); el telescopio espacial Hubble (visible / verde); el telescopio espacial Spitzer (infrarrojo / rojo). La imagen tiene 160 segundos de arco de ancho. RA 0 h 37 m 41,10 s Dec −33 ° 42 '58,80 "en Sculptor. Código de color: Ultravioleta (azul), Óptico (verde), Rayos X (violeta), Infrarrojos (rojo).
Espectro XMM-Newton de átomos de hierro sobrecalentados en el borde interior del disco de acreción que orbita la estrella de neutrones en Serpens X-1. La línea suele ser un pico simétrico, pero exhibe las características clásicas de distorsión debido a efectos relativistas. El movimiento extremadamente rápido del gas rico en hierro hace que la línea se extienda. Toda la línea se ha desplazado a longitudes de onda más largas (izquierda, rojo) debido a la poderosa gravedad de la estrella de neutrones. La línea es más brillante hacia longitudes de onda más cortas (derecha, azul) porque la teoría especial de la relatividad de Einstein predice que una fuente de alta velocidad emitida hacia la Tierra parecerá más brillante que la misma fuente alejándose de la Tierra.
Mosaico de Chandra de las fuentes de rayos X en el Lockman Hole . Código de color: Energía (rojo 0.4-2keV, verde 2-8keV, azul 4-8keV). La imagen es de aproximadamente 50 minutos de arco por lado.
Una imagen combinada de Hubble / Spitzer / Chandra de M 82.
SS 433 - posible fuente de rayos ULX
Un chorro de materia de 5.000 ly expulsado de M87 casi a la velocidad de la luz .
Magnetar SGR 1900 + 14 está en el centro exacto de la imagen, que muestra un anillo de gas circundante de 7 metros de ancho en luz infrarroja, como lo ve el Telescopio Espacial Spitzer . El magnetar en sí no es visible en esta longitud de onda, pero se ha visto en rayos X de luz.
La imagen de Chandra muestra la supernova Kes 75 con el púlsar normal joven, la estrella de neutrones PSR J1846-0258 en el centro del área azul en la parte superior.
Estas imágenes de Chandra muestran PSR J1846-0258 en Kes 75 en octubre de 2000 (izquierda) y junio de 2006 (derecha). El púlsar se iluminó con rayos X después de emitir poderosos estallidos a principios de 2006.
Esta imagen ROSAT es un mapa de áreas iguales de Aitoff-Hammer en coordenadas galácticas con el centro galáctico en el medio del fondo de rayos X difusos de 0.25 keV.
Mapa de la densidad de la columna de hidrógeno neutro galáctico en la misma proyección que el SXRB de 0,25 keV. Tenga en cuenta la correlación negativa general entre el fondo de rayos X difuso de 0,25 keV y la densidad de la columna de hidrógeno neutro que se muestra aquí.
Este mapa de fondo de rayos X difusos de 0,75 keV del sondeo de todo el cielo ROSAT en la misma proyección que el SXRB y el hidrógeno neutro. La imagen muestra una estructura radicalmente diferente a la del fondo de rayos X de 0,25 keV. A 0,75 keV, el cielo está dominado por un fondo extragaláctico relativamente suave y un número limitado de objetos galácticos extendidos brillantes.
Esta imagen compuesta contiene la primera imagen de la Tierra en rayos X, tomada en marzo de 1996, con el satélite Polar en órbita. El área de emisión de rayos X más brillante es roja. Estos rayos X no son peligrosos porque son absorbidos por las partes más bajas de la atmósfera terrestre .
En esta muestra de imágenes de 2004, se generan arcos de rayos X brillantes de baja energía (0,1 - 10 keV) durante la actividad auroral. Las imágenes se superponen a una imagen simulada de la Tierra. El código de color de los arcos de rayos X representa el brillo, con el brillo máximo mostrado en rojo. La distancia desde el polo norte al círculo negro es de 3340 km (2080 mi). Fechas de observación: 10 puntos entre el 16 de diciembre de 2003 y el 13 de abril de 2004. Instrumento: HRC.