Púlsares y estrellas de neutrones

El Universo está plagado de objetos, cada cual más interesante. Todos conocemos las estrellas que podemos ver a simple vista o las galaxias y nebulosas que vemos en las preciosas imágenes que de vez en cuando nos llegan. Sin embargo, existen otros objetos que no podemos ver a simple vista, ni son objetivo de los medios de comunicación. Uno de estos objetos son los púlsares.

Los púlsares son unos objetos que emiten unos pulsos cortos de radiación electromagnética en el rango de frecuencias de radio. Los pulsos se repiten periódicamente en rangos que varían, dependiendo del pulsar, de 1,4 milisegundos a 8,5 segundos. De hecho la palabra púlsar es la combinación de dos palabras inglesas “pulse” por el pulso y “star” por estrella. En este punto hay que matizar que no se trata de una estrella como tal, sino que es un resto de supernova conocido como estrella de neutrones con un tamaño de unos 10 a 20 km y con una densidad tan alta que un dedal del material de la estrella de neutrones en la tierra, pesaría tanto como todas si consiguiéramos meter a todas las personas de la tierra en ese mismo dedal.

El haz de radio que podemos detectar no se debe a que el pulsar sólo emita la radiación cada un cierto tiempo, sino que el haz se está emitiendo de manera continua en una dirección y es la propia rápida rotación de la estrella la que hace que lo detectemos o no.

Los púlsares se descubrieron en 1967 casi por casualidad. La universidad de Cambrigde tenía una antena que había sido diseñada por Jocelyn Bell, bajo la supervisión de Antony Hewish. La propia Jocelyn Bell estaba utilizando dicha antena buscando fuentes de radio extragalácticas a baja frecuencia (ν = 81 MHz). Analizando los datos de esa búsqueda, detectó unos pequeños pulsos que se repetían cada 1,3 segundos y que se adelantaban alrededor de 4 minutos cada día solar (señal de que se trataba de una fuente externa al sistema solar), por lo que dedujo que se trataba de una fuente lejana que emitía ondas de radio en forma pulsos.

PSRs_discovery

La primera observación del púlsar CP 1919 el 28 de Noviembre de 1967

El ejemplo del descubrimiento de los púlsares por Jocelyn Bell, es una prueba del importante papel que juega un buen análisis de datos en la investigación científica y no dar nada por sentado antes de sacar alguna conclusión. Estos podrían haber sido descubiertos algunos años antes que Jocelyn Bell con el radiotelescopio Jodrell Bank en Manchester que registraron las señales pero no las reconocieron.

Al principio no se conocía cual era exactamente la fuente y el mecanismo de emisión de ondas de radio de los púlsares. Se llegó a pensar, de manera seria, que eran señales enviadas por LGM (del inglés Little Green Men o Pequeños Hombrecillos Verdes) porque los astrónomos estaban acostumbrados a la pulsación de estrellas pero con periodos más largos. Los cortos periodos eran desconcertantes.

Al conocer el periodo de rotación, se podía poner un límite mínimo a la densidad del objeto que emitía los pulsos sabiendo que la aceleración centrífuga en el ecuador del objeto (suponiéndolo esférico) no debe de ser superior a la aceleración de la gravedad. De esta manera, se dedujo que la densidad del primer púlsar descubierto por Jocelyn Bell (CP 1919+21), debería tener una densidad mayor de 108 g cm-3. Este límite era consistente con la densidad de las estrellas enanas blancas.

El descubrimiento de púlsares con periodos aún más rápidos que CP 1919+21, como el de la nebulosa del Cangrejo con un periodo de 0,033 segundos implicaba que la densidad debía ser mayor, lo que llevaba a descartar la hipótesis de que los púlsares fueran estrellas enanas blancas ya que éstas serían inestables. Por aquel entonces, Baade y Zwicky habían sugerido que los púlsares podrían ser estrellas de neutrones. El descubrimiento del pulsar de la nebulosa del cangrejo apoyaba esta hipótesis. Actualmente, periodo de rotación más rápido conocido de un púlsar es de 1,4×10-3 segundos, lo que implica una densidad mayor que 1014 g cm-3, con lo que el radio de la estrella es de aproximadamente 20 km. Se considera como una estrella de neutrones típica, aquella que tiene una masa de aproximadamente 1,4 masas solares y un radio de unos 10 km.

La variedad de periodos se puede explicar en base al sistema donde se encuentra la estrella de neutrones.

Los púlsares con periodos más largos se pueden explicar porque son estrellas de neutrones aisladas que se encuentran entre los restos de supernova o incluso alejados de ellos después de haber sido empujados por la propia explosión de supernova.

Casi todos los púlsares con periodos cortos se explican porque forman parte de sistemas binarios. Eso hecho se deduce de las observaciones, ya que existen variaciones periódicas (orbitales) en el periodo de pulsación, lo que lleva a tener que considerar una estrella compañera que orbita junto con el pulsar alrededor de su centro de gravedad.

El proceso por el cual se generan los pulsos no es del todo conocido y un poco complicado si no tienes un conocimiento un poco avanzado de Física pero, de una manera muy simplificada, se puede decir que las estrellas de neutrones se comportan como un dipolo magnético que gira, es decir son como un imán con un campo magnético enorme. Las cargas eléctricas en la superficie son arrancadas de la superficie de la estrella de neutrones por la rotación y se mueven a través de las líneas de campo magnético hasta los polos de la estrella por donde escapan en forma de haces de radiación. Entonces, cuando la radiación pasa por delante de la Tierra, observamos los pulsos.

PSRs_pulsar_sketch

Esquema de funcionamiento de un púlsar

Todavía hay muchas cosas que desconocemos de los púlsares y de las estrellas de neutrones. Por ejemplo, recientemente se ha descubierto que las estrellas de neutrones pueden presentar características superfluidas y superconductoras. Está claro es que son unos objetos muy interesantes y que merece la pena seguir estudiándolos.

Esta entrada participa en la edición del LXII Carnaval de la Física que es albergado en esta ocasión en el blog La Aventura de la Ciencia de Daniel Martín Reina

Referencias

http://www.cv.nrao.edu/course/astr534/Pulsars.html

Astrofísica. Manuel Rego/María José Fernández. EUDEMAUniversidad.

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2 pensamientos en “Púlsares y estrellas de neutrones

  1. Pingback: Descubierto el primer púlsar de la galaxia de Andrómeda – Asociación de Aficionados a la Astronomía del Uruguay

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