Un faro que cambia de color en cada destello al compás de su rotación: así se podría describir lo que vieron los astrónomos al apuntar el telescopio de rayos X más avanzado, XRISM, al púlsar Hércules X-1. Este objeto es una estrella de neutrones que arranca materia de una estrella normal vecina. Al caer, la materia se enrolla en estrechas columnas a lo largo de las líneas del campo magnético y se estrella contra los polos a velocidades enormes: decenas de miles de kilómetros por segundo.
En ese infierno, los átomos de hierro atrapados en el flujo emiten un resplandor característico en rayos X. Antes se veía como una línea borrosa, como una nota musical emborronada en un acorde por el movimiento frenético. Ahora, el instrumento Resolve a bordo de XRISM, que funciona como un micrófono con oído perfecto, ha distinguido la estructura fina de esa señal. Resulta que el brillo de la línea cambia con la fase del púlsar: cuando una de las columnas calientes nos mira de frente, la línea se enciende; cuando se da la vuelta, se apaga.
Pero el hallazgo más intrigante está oculto en la larga modulación de 35 días. El púlsar parece balancearse lentamente, y con él se balancean sus columnas de acreción. Esta danza, la precesión de la estrella de neutrones, afecta a cómo vemos las pulsaciones de la línea de hierro. Seguir esta danza es como escuchar cómo cambia el sonido de la sirena de un coche que pasa: por el cambio de tono se puede deducir su movimiento. Así también aquí: a través de las variaciones en la línea de hierro, los científicos esperan medir cómo rota exactamente la estrella de neutrones por dentro, algo que sigue siendo un misterio.
tal como lo escribieron los autores, en inglés arXiv:2605.01146
The study of X-ray pulsar accretion columns helps us characterize accretion physics in this extreme regime of strong gravity and strong magnetic fields. Previous observations of the X-ray pulsar Hercules X-1 revealed a highly broadened Fe K emission line, associated with Doppler motions exceeding 0.1c, suggesting its origin in the accretion column. We obtained a high-spectral resolution view of the Fe K energy band of Hercules X-1 thanks to a 200 ks observation with the XRISM observatory. The XRISM/Resolve microcalorimeter spectra allow us to separate the different spectral components and accurately model them with phenomenological models. We confirm the presence of a broad line near 6.5 keV with a typical $$1\sigma$$ width of 1 keV. Performing a pulse-phase-resolved analysis, we find that the feature is strongly variable with Her X-1 pulse phase. This is consistent with the proposed origin due to collisional recombination or by reprocessing of the primary X-ray emission in the accretion column, where strong variability with pulse phase is expected due to the rotation of the columns alongside with the neutron star. Additionally, the Fe K line pulsation pattern evolves with the 35-day cycle of Hercules X-1, supporting the scenario that the neutron star and its accretion columns undergo precession, in agreement with recent polarimetric results from the IXPE observatory. We discuss the future applications of modeling of this broad line in X-ray pulsars with physical spectral models. This could be used to detect and track neutron star precession, advancing our understanding of neutron star interiors.
Las columnas de acreción sobre los polos magnéticos de un púlsar son algunos de los lugares más calientes del universo: la materia allí se calienta hasta cientos de millones de grados, emitiendo rayos X.
En la novela «El huevo del dragón» de Robert Forward se describe la vida en la superficie de una estrella de neutrones, donde la gravedad monstruosa y los campos magnéticos crean condiciones similares a las de las columnas de acreción.