Publicado: 
08 de marzo de 2022

El telescopio NICER de la NASA ve la fusión de unos puntos calientes en un magnetar

Por primera vez, el Explorador de la Composición Interior de las Estrellas de Neutrones (NICER, por sus siglas en inglés) ha observado la fusión de puntos de rayos X a millones de grados de temperatura en la superficie de un magnetar. Este objeto es un núcleo estelar supermagnetizado no más grande que una ciudad.

Examina cómo el Explorador de la Composición Interior de las Estrellas de Neutrones (NICER) de la NASA rastreó puntos calientes brillantes en la superficie de un magnetar en erupción, a unos 13.000 años luz de distancia.
Crédito: NASA/Centro de Vuelo Espacial Goddard de la NASA

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“NICER rastreó cómo tres puntos calientes y brillantes que emitían rayos X se movían lentamente a la deriva a través de la superficie del magnetar a la vez que también disminuían de tamaño, proporcionando la mejor observación que se haya obtenido de este fenómeno”, dijo George Younes, investigador de la Universidad George Washington en Washington y del Centro de Vuelo Espacial Goddard de la NASA en Greenbelt, Maryland. “El punto más grande finalmente se fusionó con uno más pequeño, algo que no habíamos visto antes”.

Este conjunto único de observaciones, descrito en un artículo de investigación dirigido por Younes y publicado el 13 de enero en The Astrophysical Journal Letters, ayudará a los científicos a obtener una comprensión más completa de la interacción entre la corteza y el campo magnético de estos objetos extremos.

Un magnetar es un tipo de estrella de neutrones aislada, formada por el núcleo aplastado que queda cuando una estrella masiva explota. Comprimiendo más masa que la del Sol en una esfera de unos 20 kilómetros (12 millas) de diámetro, una estrella de neutrones está hecha de materia tan densa que una cucharadita pesaría tanto como una montaña en la Tierra.

Lo que diferencia a los magnetares es que poseen los campos magnéticos más fuertes que se conocen, hasta 10 billones de veces más intensos que los imanes de un refrigerador y mil veces más fuertes que los de una estrella de neutrones típica. El campo magnético representa un enorme depósito de energía que, cuando se altera, puede alimentar un estallido de actividad aumentada de rayos X que duraría de meses a años.

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Este diagrama rastrea 37 días de cambios en la emisión máxima de rayos X de SGR 1830 visto por eel telescopio NICER de la NASA. En esta gráfica, la fase de rotación de la estrella avanza de izquierda a derecha, y la energía medida se muestra verticalmente. Las áreas verdes, amarillas y rojas indican las regiones que producen la mayor cantidad de rayos X y se cree que representan los puntos calientes del magnetar. Cambian en intensidad y en sus posiciones relativas entre sí a medida que pasa el tiempo. Por primera vez, los astrónomos registraron la fusión de dos puntos de este tipo.
Crédito: NASA/NICER/G. Younes et ál. 2022

El 10 de octubre de 2020, el Observatorio Neil Gehrels Swift de la NASA descubrió un estallido como ese de un nuevo magnetar, llamado SGR 1830-0645 (SGR 1830 para abreviar). Está ubicado en la constelación del Escudo (Scutum), y aunque su distancia no se conoce con precisión, los astrónomos estiman que el objeto se encuentra a unos 13.000 años luz. Swift dirigió su telescopio de rayos X hacia la fuente y detectó pulsos repetidos que revelaron que el objeto rotaba cada 10,4 segundos.

Las mediciones de NICER del mismo día muestran que las emisiones de rayos X presentaban tres picos cercanos con cada rotación. Fueron causados cuando tres regiones superficiales individuales mucho más calientes que su entorno giraron hacia dentro y fuera del campo visual del telescopio.

NICER observó a SGR 1830 casi a diario desde su descubrimiento hasta el 17 de noviembre, después de lo cual el Sol estuvo demasiado cerca del campo visual para poder observar de manera segura. Durante este período, los picos de las emisiones cambiaron gradualmente de posición, ocurriendo en momentos ligeramente diferentes en la rotación del magnetar. Los resultados favorecen un modelo donde los puntos se forman y se mueven como resultado del movimiento de la corteza, más o menos de la misma manera que el movimiento de las placas tectónicas de la Tierra impulsa la actividad sísmica.

“La corteza de una estrella de neutrones es inmensamente fuerte, pero el intenso campo magnético de un magnetar puede forzarla más allá de sus límites”, dijo Sam Lander, astrofísico de la Universidad de East Anglia en Norwich, Reino Unido, y coautor del estudio. “Comprender este proceso es un gran desafío para los teóricos, y ahora NICER y SGR 1830 nos han brindado una visión mucho más directa de cómo se comporta la corteza bajo estrés extremo”.

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Los científicos creen que los puntos calientes de SGR 1830 probablemente se parecían a las bases de los bucles coronales que se ven con frecuencia en el Sol. En esta vista ultravioleta extrema del Observatorio de Dinámica Solar de la NASA, bucles de gas ionizado trazan campos magnéticos que emergen de la superficie solar. Crédito: NASA/GSFC/SDO

El equipo cree que estas observaciones revelan una sola región activa donde la corteza se ha fundido parcialmente, deformándose lentamente bajo el estrés magnético. Los tres puntos calientes en movimiento probablemente representan las ubicaciones donde los bucles coronales —similares a los arcos de plasma brillantes y radiantes que se ven en el Sol— se conectan a la superficie. La interacción entre los bucles y el movimiento de la corteza impulsa el comportamiento de deriva y fusión.

“Los cambios en la forma de los pulsos, incluyendo la disminución del números de picos, solo se habían visto anteriormente en unas pocas observaciones ‘instantáneas’ muy separadas en el tiempo, por lo que no había manera de seguir su evolución”, dijo Zaven Arzoumanian, jefe científico de NICER en el centro Goddard. “Tales cambios podrían haber ocurrido repentinamente, lo que sería más consistente con las sacudidas de un campo magnético que con el movimiento de deriva de los puntos calientes”.

NICER es una Misión de Oportunidades en Astrofísica que forma parte del programa de Exploradores de la NASA, el cual ofrece oportunidades de vuelos frecuentes para  investigaciones científicas de primera clase desde el espacio utilizando enfoques de gestión innovadores, aerodinámicos y eficientes dentro de las áreas científicas de la heliofísica y de la astrofísica. La Dirección de Misiones de Tecnología Espacial de la NASA apoya el componente SEXTANT de la misión, que trabaja para demostrar la navegación de naves espaciales basada en púlsares.

Por Francis Reddy, Centro de Vuelo Espacial Goddard de la NASA, Greenbelt, Maryland

Versión en inglés.