Los astrónomos miden el latido del corazón de las estrellas que giran

Un equipo internacional de científicos ha utilizado el radiotelescopio MeerKAT para observar el latido pulsante del corazón del universo a medida que nacen las estrellas de neutrones y forman remolinos de tormentas eléctricas que duran millones de años.

Los púlsares de radio son estrellas de neutrones giratorias desde las que podemos observar destellos de ondas de radio a la manera de los pulsos de luz de un faro. Con masas de aproximadamente una vez y media la masa del sol y tamaños de solo unos 25 km, las estrellas de neutrones son las estrellas más densas que se conocen. Giran extremadamente rápido, generalmente una vez cada milésima de segundo a una vez cada diez segundos, y solo se ralentizan gradualmente a medida que envejecen.

Ahora, un equipo de astrónomos colaborativos ha publicado el estudio de púlsares más grande jamás realizado en el Avisos mensuales de la Royal Astronomical Society.

Las estrellas de neutrones también son los imanes más fuertes del universo, en promedio un millón de veces más fuertes que el imán más fuerte de la Tierra. Tales propiedades extremas presentan una oportunidad para probar las leyes de la física con una precisión excepcionalmente alta. Incluso 60 años después de su descubrimiento, quedan preguntas fundamentales sobre la naturaleza de estos objetos exóticos.

No hay dos púlsares iguales, y avanzar en estas emocionantes áreas de la física requiere observaciones sensibles de tantos púlsares como sea posible. El proyecto «Mil Pulsar Array» (TPA) es una colaboración internacional destinada a perseguir estos objetivos mediante la explotación de la sensibilidad sin precedentes del radiotelescopio MeerKAT. Consiste en 64 antenas en el desierto de Karoo en Sudáfrica, y es un trampolín hacia el Square Kilometer Array, en el que el Reino Unido tiene el liderazgo.

Los hallazgos se publican en dos partes, una de las cuales está dirigida por investigadores de la Universidad de Manchester, que detalla los hallazgos del estudio de más de un millón de destellos individuales registrados. La secuencia de destellos se puede visualizar como un tren de pulsos.

El Dr. Patrick Weltevrede de la Universidad de Manchester dijo: «Observar un púlsar es como verificar el pulso de un púlsar, revelando las particularidades de su ‘latido’. Cada pulso individual es diferente en forma y fuerza».

Para algunos púlsares, aparecen patrones ordenados de rayas diagonales cuando se visualizan. Dra. Xiaoxi Song, Ph.D. estudiante de la Universidad de Manchester explica: «La excelente calidad de los datos de TPA y nuestro sofisticado análisis nos permitieron revelar estos patrones para muchos púlsares por primera vez. Estos patrones pueden explicarse por las tormentas eléctricas que giran alrededor de la estrella. Los hallazgos apuntan a algo fundamental sobre cómo funcionan los púlsares».

Después de que nace el púlsar, las tormentas eléctricas se arremolinan alrededor de la estrella rápida y caóticamente. Después de algunos millones de años, las tormentas eléctricas se calman y los patrones se vuelven más lentos y constantes. Esto resulta ser lo contrario de lo que predicen los modelos. Eventualmente, después de unos pocos miles de millones de años, los rayos se detendrán por completo y los púlsares ya no serán detectables.

El equipo de MeerKAT recibió recientemente el prestigioso Group Award de la Royal Astronomical Society, y el proyecto TPA ahora ha alcanzado un hito extraordinario: observaciones detalladas de más de 1200 púlsares, lo que representa más de un tercio de los púlsares conocidos.

En el trabajo complementario, dirigido por investigadores de la Universidad de Oxford, se presentan las propiedades estadísticas de las formas de los pulsos. La Dra. Bettina Posselt explica: «Encontramos que la propiedad más importante que gobierna la emisión de radio de un púlsar es su llamado poder de reducción. Cuantifica la energía liberada por una estrella de neutrones cada segundo a medida que su rotación se ralentiza. Algunos de esta potencia de giro se utiliza para producir las ondas de radio observadas».

Los modelos predicen que el gas ionizado que rodea a la estrella se descarga continuamente en lo que se puede comparar con tormentas eléctricas, produciendo pulsos de radio. Los nuevos datos indican que la potencia de espín influye en la altura sobre la superficie de la estrella de neutrones que tiene lugar la emisión de radio y en la cantidad de energía con la que están dotadas las partículas cargadas. Dado que existe evidencia de que el poder de reducción de giro disminuye con la edad, y los 1.200 púlsares exhiben una gran variedad en el poder de reducción de giro, los datos de TPA son ideales para estudiar el envejecimiento de las estrellas de neutrones.

Los nuevos datos muestran que incluso los púlsares con la menor potencia de giro emiten una intensa emisión de radio y pueden detectarse a grandes distancias. Este resultado sugiere que puede haber una población más grande de púlsares aún por descubrir de lo que se esperaba anteriormente.

Los datos de TPA de ambos proyectos ahora están disponibles públicamente. Permiten a la comunidad internacional realizar más estudios sobre las propiedades de estos púlsares y las del espacio interestelar intermedio.