Compartir

Carlos del Porto Blanco

La astronomía incita al alma a mirar hacía las alturas y nos conduce desde este mundo a otro. Platón

En el vasto e intrigante universo, existen fenómenos astronómicos que desafían la comprensión humana y despiertan la curiosidad de científicos y aficionados por igual. Uno de esos fenómenos son los púlsares, estrellas de neutrones que emiten radiación electromagnética en intervalos regulares. Esta entrega comentará ¿qué son los púlsares?, ¿cómo se forman? y su importancia en la astronomía moderna.

¿Qué es un púlsar?

Un púlsar (del acrónimo en inglés de pulsating star, “estrella pulsante”) es una estrella de neutrones altamente magnetizada que rota rápidamente sobre su eje. Esas estrellas son el resultado de la explosión de supernovas, donde una estrella masiva agota su combustible nuclear y colapsa bajo su propia gravedad. Durante ese colapso, los protones y electrones se combinan para formar neutrones, creando un objeto extremadamente denso, donde una cucharadita de materia puede pesar tanto como una montaña. Y si la densidad es enorme la fuerza de gravedad asociada es igualmente grande: 2 x 1011 veces la gravedad terrestre. Tienen un diámetro en el entorno de los 20 kilómetros. Y su masa oscila entre 1.18 y 1.97 veces la del Sol, pero la mayoría tiene una masa 1.35 veces la del Sol.

Cuando la supernova colapsa hacia adentro y se comprime. Los neutrones en la superficie de la estrella se desintegran en protones y electrones. A medida que esas partículas cargadas se liberan de la superficie, entran en un intenso campo magnético (1012 gauss; el campo magnético de la Tierra es 0.5 gauss) que rodea la estrella y gira junto con ella. Acelerando a velocidades cercanas a la de la luz, las partículas emiten radiación electromagnética mediante emisión de sincrotrón. Esa radiación se libera en forma de rayos intensos desde los dos polos magnéticos del púlsar.

 

Los púlsares emiten haces de radiación electromagnética, que pueden incluir ondas de radio, luz visible y rayos X. A medida que la estrella gira, esos haces se proyectan al espacio como faros cósmicos. Si la Tierra se encuentra en la trayectoria de esos haces, se pueden detectar como pulsos regulares de radiación, lo que les da su nombre. Se sabe que algunos objetos emiten breves ráfagas rítmicas de luz visible, rayos X y también radiación gamma, y otros son «radiosilenciosos» y emiten sólo en longitudes de onda de rayos X o gamma.

 

Debido a que los haces de radiación están desalineados con el eje de rotación, un punto fijo en el espacio será brevemente iluminado por el haz de radiación sólo una vez por cada giro de la estrella (como ocurre con un faro). A medida que los rayos pasan regularmente cerca de la Tierra con cada rotación completa, los telescopios terrestres detectan una serie de pulsos espaciados uniformemente. En julio de 1967 la estudiante de posgrado Jocelyn Bell estaba trabajando con su asesor, Antony Hewish, en el Observatorio de Radioastronomía Mullard, cerca de Cambridge, Inglaterra, Reino Unido. Durante su labor se encontraron con una fuente de señales de radio que se repetía todas las noches. Ésta procedía del mismo lugar del cielo. Los investigadores, pensaron que podrían haber establecido contacto con una civilización extraterrestre, por lo que llamaron tentativamente a su fuente LGM (Little Green Men u Hombrecitos verdes).

 

Tras una rápida búsqueda se descubrieron tres nuevos púlsares que emitían en radio a diferentes frecuencias, por lo que pronto se concluyó que esos objetos debían ser producto de fenómenos naturales. Anthony Hewish recibió en 1974 el Premio Nobel de Física por ese descubrimiento y por el desarrollo de su modelo teórico. Jocelyn Bell no recibió condecoración, aunque fuera ella quien advirtió la primera señal de radio (otra injusticia histórica cometida contra una mujer de ciencias por el Comité de los Nobel). Con anterioridad, Nikola Tesla ya había detectado emisiones de radio regulares durante sus experimentos de 1899, aunque entonces no se supieron interpretar

 

Búsquedas posteriores dieron como resultado la detección de unos 2000 púlsares. Un porcentaje importante de esos objetos se concentran hacia el plano de la Vía Láctea, el enorme sistema galáctico en el que se encuentra la Tierra.

 

 

Características de los púlsares

 

Aunque todos los púlsares conocidos exhiben un comportamiento similar, muestran una variación considerable en la duración de sus períodos, es decir, los intervalos entre pulsos sucesivos. El período del púlsar más lento observado hasta ahora tiene una duración de aproximadamente 11.8 segundos. El púlsar denominado PSR J1939+2134 fue el más rápido conocido en más de dos décadas. Descubierto en 1982, tiene un período de 0.00155 segundos, o 1.55 milisegundos, lo que significa que gira 642 veces por segundo. En 2006 se informó de uno aún más rápido: conocido como J1748?2446ad, tiene un período de 1.396 milisegundos, lo que corresponde a una velocidad de giro de 716 veces por segundo.

 

Esas velocidades de giro están cerca del límite teórico para un púlsar porque una estrella de neutrones que gire sólo unas cuatro veces más rápido se separaría como resultado de la «fuerza centrífuga» en su ecuador, a pesar de una atracción gravitacional tan fuerte que la velocidad de escape de la estrella es aproximadamente la mitad de la velocidad de la luz.

 

Esos púlsares rápidos se conocen como púlsares de milisegundos. Se forman en supernovas como púlsares de rotación más lenta. Sin embargo, los púlsares de milisegundos suelen aparecer en sistemas estelares binarios. Después de la supernova, la estrella de neutrones acumula materia de su compañera, lo que hace que el púlsar gire más rápido.

 

Una cuidadosa sincronización de los púlsares de radio muestra que se están desacelerando muy gradualmente a un ritmo típico de una millonésima de segundo por año. La relación entre el período actual de un púlsar y la tasa media de desaceleración da alguna indicación de su edad. Esa edad, denominada característica o temporal, puede estar relacionada con la edad real. Por ejemplo, el Púlsar del Cangrejo, que se formó durante una explosión de supernova observada en 1054, tiene una edad característica de 1.240 años; sin embargo, el púlsar J0205+6449, que se formó durante una supernova en 1181, tiene una edad característica de 5.390 años.

 

Como los púlsares se desaceleran tan gradualmente, son relojes muy precisos. Dado que también tienen fuertes campos gravitacionales, esa precisión puede usarse para probar teorías de la gravedad. Los físicos estadounidenses Joseph Taylor y Russell Hulse ganaron el Premio Nobel de Física en 1993 por su estudio de las variaciones de sincronización en el púlsar PSR 1913+16. Éste tiene una estrella de neutrones compañera con la que está encerrado en una órbita estrecha. Los enormes campos gravitacionales interactuantes de las dos estrellas afectan la regularidad de los pulsos de radio y, al cronometrarlos y analizar sus variaciones, Taylor y Hulse descubrieron que las estrellas giraban una alrededor de la otra, cada vez más rápido, en una órbita cada vez más estrecha. Se presume que esa desintegración orbital ocurre porque el sistema pierde energía en forma de ondas de gravedad. Esa fue la primera evidencia experimental de la existencia de las ondas gravitacionales predichas por Albert Einstein en su teoría general de la relatividad.

 

Los púlsares también experimentan cambios de período drásticos, llamados fallos, en los que el período aumenta repentinamente y luego disminuye gradualmente hasta su valor anterior al fallo. Algunas fallas son causadas por «terremotos de estrellas» o grietas repentinas en la rígida corteza de hierro de la estrella. Otros son causados por una interacción entre la corteza y el interior más fluido. Por lo general, el interior está débilmente acoplado a la corteza, por lo que esta puede ralentizarse en relación con el interior. Sin embargo, a veces el acoplamiento entre la corteza y el interior se vuelve más fuerte, haciendo girar el púlsar y provocando una falla.

 

La presencia de planetas girando alrededor de los púlsares era impensable. Pero sorprendentemente se han observado grupos de planetas que orbitan alrededor de ellos. La primera de esas observaciones fue en el púlsar de nombre PSR B1257+12 que cuenta con tres planetas de órbita casi circular a su alrededor. Al planeta que órbita alrededor de una estrella púlsar se le conoce como planeta púlsar.

 

Púlsares en luz visible, rayos X y rayos gamma.

Algunos púlsares, como los de las nebulosas del Cangrejo y Vela, están perdiendo energía de rotación de manera tan precipitada que también emiten radiación de longitud de onda más corta. El Púlsar del Cangrejo aparece en fotografías ópticas como una estrella moderadamente brillante (magnitud 16) en el centro de la Nebulosa del Cangrejo. Poco después de la detección de sus pulsos de radio en 1968, los astrónomos del Observatorio Steward en Arizona descubrieron que la luz visible de ese púlsar parpadea exactamente a la misma velocidad. La estrella también produce pulsos regulares de rayos X y rayos gamma. El Vela es mucho más débil en longitudes de onda ópticas (magnitud promedio 24) y fue observado en 1977 durante una búsqueda particularmente sensible con el gran Telescopio Anglo-Australiano situado en Parkes, Australia. También pulsa en longitudes de onda de rayos X. Sin embargo, el Púlsar Vela emite rayos gamma en pulsos regulares y es la fuente más intensa de ese tipo de radiación en el cielo.

 

Algunos púlsares de rayos X son púlsares de “acreción”. Esos están en binario y la estrella de neutrones acumula material de su compañera. Ese material fluye hacia los casquetes polares magnéticos, donde libera rayos X. Otra clase de púlsares de rayos X se llama «anómala». Esos tienen períodos de más de cinco segundos, a veces emiten ráfagas de rayos X y, a menudo, se asocian con restos de supernovas. Esos púlsares surgen de estrellas de neutrones altamente magnetizadas, o magnetares, que tienen un campo magnético de entre 1014 y 1015 gauss. (Los magnetares también han sido identificados con otra clase de objetos, los repetidores suaves de rayos gamma, que emiten ráfagas de rayos gamma)

 

Algunos púlsares emiten únicamente rayos gamma. En 2008, el Telescopio Espacial de Rayos Gamma Fermi descubrió el primer púlsar de ese tipo dentro del remanente de supernova CTA 1; desde entonces ha encontrado a otros 11. A diferencia de los radiopúlsares, la emisión de rayos gamma no proviene de haces de partículas en los polos, sino que surge lejos de la superficie de la estrella de neutrones. Se desconoce el proceso físico preciso que genera los pulsos de rayos gamma.

 

En 2018 se anunció el descubrimiento de que el púlsar RX J0806.4-4123 emitía radiación infrarroja, algo único en las estrellas de ese tipo observadas hasta la fecha.

 

Existen tres tipos de púlsares:

  1. Púlsares aislados: Son aquellos que no están asociados a otros objetos celestes y emiten radiación en intervalos regulares.
  2. Púlsares binarios: Esos están en sistemas dobles con otra estrella, lo que puede influir en su rotación y características.
  3. Púlsars millisecond: en este caso giran extremadamente rápido y suelen ser el resultado de la acumulación de materia de una estrella compañera.

 

Hasta acá esta entrega; si mañana le preguntan a usted ¿qué es un púlsar? Puede decir que son estrellas de neutrones que emiten radiación electromagnética en intervalos regulares. Eso es la que hace falta que recuerde de estas páginas.

 

Referencias

 

Etiquetas: - -