Año 21 Número 81 – Junio 2023
Por Susana Araujo Furlan
Si miramos el cielo diurno, podemos ver al Sol, la estrella más cercana a la Tierra. El Sol es una estrella que se encuentra aproximadamente en la mitad de su vida. Podríamos preguntarnos de qué manera evolucionará y cómo serán sus últimos años. Las respuestas al destino final de una estrella son variadas, y estarán determinadas por la masa de la estrella. El Sol se transformará en una enana blanca, enfriándose lentamente y eventualmente dejará de brillar.
Podríamos preguntarnos, ¿qué pasaría si el Sol tuviera más masa? ¿Cómo evolucionan las estrellas más masivas?
Si una estrella tiene entre 8 y 30 veces la masa del Sol, su último estado evolutivo es una estrella de neutrones; son los objetos más densos del universo. Son, además, una de las pocas fuentes que podemos observar a todo lo largo del espectro de la luz. Esto quiere decir que podemos observarlas tanto en rayos X como en óptico, en radio y en otras bandas del espectro electromagnético. La colisión entre dos estrellas de neutrones puede provocar una kilonova, fenómeno que se puede estudiar con observatorios de ondas gravitacionales.
Cuando una estrella masiva pasa a ser una estrella de neutrones, aumenta considerablemente su campo magnético y su velocidad de rotación, dando lugar a objetos densos con campos magnéticos extremadamente grandes y que giran rápidamente. Los campos magnéticos de las estrellas de neutrones son 12 órdenes de magnitud mayores que en su estadio evolutivo previo, y el períodos de rotación se reduce significativamente. El tamaño de estas estrellas, es aproximadamente el de una ciudad, es decir, tienen diámetros de entre 10 a 20 km.
Hay distintos tipos de estrellas de neutrones. Las más conocidas son los púlsares. Se conocen ~3000 púlsares, con edades que van desde los miles, a miles de millones de años. Hay también, una clase peculiar de estrellas de neutrones muy jóvenes, más lentas pero con los campos magnéticos superficiales de los más altos: los magnetares o estrellas de neutrones “adolescentes”.
Los magnetares se destacan por tener campos magnéticos hasta 3 órdenes de magnitud por encima de una estrella de neutrones típica. Sus edades características van desde unos cientos a miles de años y tienen períodos desde un par de segundos hasta 18 minutos; el período más largo corresponde a un magnetar de período ultra largo que se descubrió hace poco tiempo. Se puede leer más sobre este objeto en este artículo del Boletín https://www.iar.unlp.edu.ar/boletin/un-magnetar-de-periodo-ultra-largo-en-la-galaxia/.
Diagrama de la vida de estrellas de neutrones, período versus aceleración orbital, adaptado de Lorimer & Kramer “Handbook of Pulsar Astronomy”. Las líneas diagonales nos indican que todas las estrellas de neutrones que la tocan tienen ese valor de esa magnitud. Las líneas diagonales descendentes, indican un valor de campo magnético, y las ascendentes indican una edad estimada. Se puede ver que los magnetares, marcados con cuadrados rosas, tienen edades menores a los 100000 años, y campos magnéticos mayores en al menos dos órdenes a los de los púlsares. En el eje horizontal, está indicado con un óvalo rojo, el rango de períodos que tienen usualmente los magnetares.
Hasta hoy, solamente hay 30 magnetares conocidos que se observan principalmente en rayos X, donde exhiben eventos transitorios muy variados. La cantidad de energía liberada al medio interestelar en estos eventos es enorme. Un posible mecanismo que explicaría este fenómeno sería a partir del llamado “frenado magnético”: la energía que se libera es producto de que el campo magnético sufre un decaimiento, va perdiendo energía y entonces esa energía previamente almacenada en el campo se liberaría en estas emisiones, con un posterior desaceleramiento de la estrella, el “frenado”.
Las emisiones transitorias que se pueden detectar provenientes de los magnetares tienen duraciones que pueden ser desde segundos a años. Nos encontramos con:
- Giant Flares, duraciones de segundos a minutos, son los eventos en que más energía se libera.
- Short Bursts, duran entre milisegundos a segundos, le siguen en energía liberada a los giant flares.
- Outbursts, son eventos que duran incluso años, y con el paso del tiempo liberan cada vez menos energía. Son los eventos menos energéticos entre estos tres tipos.
Imagen en rayos X del magnetar J1818.0-1607. Crédito NASA
Además de la emisión en rayos X, en 6 magnetares se han detectado emisiones en ondas de radio. Se corroboró que 5 de estos tuvo un outburst en rayos X. El restante tuvo una emisión en radio particular, un Fast Radio Burst (FRB), sin un outburst en rayos X. Hasta el l día de hoy es el único magnetar que ha tenido una emisión de este tipo.
El estudio de las emisiones transitorias provenientes de estas estrellas, sea en rayos X o en radio, nos permite estudiar fenómenos físicos que ocurren en la superficie del magnetar. Suele referirse a las señales en radioastronomía como ruido dentro del mismo ruido, dado que las señales son muy débiles. Sin embargo, el estudio de ese tipo de “ruido”, nos permite estudiar eventos sobre la superficie de objetos que tienen entre 10 a 20 km de diámetro y se encuentran a miles y miles de kilómetros de nosotros.
Observaciones en simultáneo en rayos X (arriba) y en radio (abajo) del magnetar XTE J1810-197, para el 9 de junio del 2020. Imagen extraída de Caleb et al. (2021)
Ingeniarse en cómo detectar e interpretar la luz del universo es la creatividad innata de la astronomía. Después de todo, como diría George Wald “La luz es la forma en la que el universo se comunica con nosotros.”
Referencias
- Lorimer & Karmer, 2004
- Olausen S. A., Kaspi V. M., 2014, ApJS, 212, 6 (McGill Catalogue)
- CHIME/FRB Collaboration, Andersen, B. C., Bandura, K. M., et al., 2020, Nature, 587, 54
- Bochenek, C. D., et al., 2020, Nature, 587, 59-62
- Caleb M., Rajwade, K., Desvignes, G.,et al., 2022, MNRAS
- Kaspi V. M., Belobodorov A. M., 2017, ARA&A, 55, p 261-301
Sobre la autora
Susana Araujo es licenciada en Astronomía y doctoranda en la misma disciplina por la Universidad Nacional de Córdoba. Actualmente, y en el marco de su trabajo de investigación, está realizando observaciones de magnetares con los radiotelescopios del IAR.