¿Qué sucede en el sistema estelar de Cygnus X-3?

Nuevas observaciones realizadas desde el espacio y un análisis profundo de las mismas han permitido desvelar detalles del caos imperante en el sistema estelar de Cygnus X-3, situado a unos 32.000 años-luz de la Tierra.

El análisis lo ha llevado a cabo un equipo que incluye a Ralf Ballhausen y Timothy Kallman, ambos del Centro Goddard de Vuelos Espaciales de la NASA en Greenbelt, Maryland, Estados Unidos. Las observaciones se efectuaron mediante el satélite astronómico XRISM (X-Ray Imaging and Spectroscopy Mission) de la Agencia de Exploración Aeroespacial de Japón (JAXA), una misión que ha contado con la colaboración de la NASA y que comenzó con la puesta en órbita de la nave en 2023.

Cygnus X-3 es un sistema binario integrado por una estrella de gran masa de un tipo poco común y una compañera compacta, probablemente un agujero negro.

La naturaleza de la estrella masiva es uno de los factores que hacen que Cygnus X-3 sea tan intrigante. Se trata de una estrella de tipo Wolf-Rayet, una estrella que ha evolucionado hasta el punto en que sus flujos de salida denominados vientos estelares son tan fuertes que arrancan gas de la superficie de la estrella y lo expulsan hacia el exterior. El objeto compacto barre y calienta parte de este gas, haciendo que emita rayos X.

En Cygnus X-3, la estrella y el objeto compacto están tan cerca que completan una órbita mutua en solo 4,8 horas.

Aunque las espesas nubes de polvo del plano central de nuestra galaxia ocultan la luz de la banda visible de Cygnus X-3, este sistema binario se ha estudiado en ondas de radio, en la banda infrarroja y en rayos gamma, así como en rayos X.

El sistema está inmerso en la nube de gas de la estrella, una nube que es iluminada e ionizada 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. Los intentos previos de comprender el espectro se han topado con anomalías consistentes en que muchos rasgos parecen estar en un lugar equivocado del espectro.

La explicación que aclara estas anomalías es que, por acción del efecto Doppler, el rápido movimiento del gas desplaza estos rasgos fuera de las ubicaciones que son las habituales en espectros comparables. Los valles de absorción suelen desplazarse hacia energías más altas, lo que indica que el gas se mueve hacia nosotros a velocidades de hasta 1,5 millones de kilómetros por hora. Los picos de emisión se desplazan hacia energías más bajas, lo que indica que en esos casos el gas se aleja de nosotros.

Cygnus X-3 es una estrella binaria de gran masa formada por un objeto compacto (probablemente un agujero negro) y una estrella Wolf-Rayet. Esta recreación artística muestra una interpretación del sistema. La espectroscopia de rayos X de alta resolución indica la existencia de dos componentes gaseosos. Uno de ellos es un fuerte flujo de salida, o viento, que emana de la estrella masiva y que conforma un fondo. El otro es una estructura turbulenta (quizás una estela “excavada” en el viento) situada cerca de la compañera compacta. Como se muestra aquí, la gravedad de un agujero negro captura parte del viento en un disco de acreción a su alrededor, y el movimiento orbital del disco esculpe una trayectoria (arco amarillo) a través del flujo de gas. La compañera emite chorros de partículas que se mueven a una velocidad cercana a la de la luz, como se ve aquí, que se extienden por encima y por debajo del agujero negro. (Imagen: NASA’s Goddard Space Flight Center)

Algunas características espectrales del sistema de Cygnus X-3 muestran valles de absorción mucho más intensos 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 emitidas por la acción de la compañera. (Fuente: NCYT de Amazings)