Centro de vuelos espaciales Goddard de la NASA
Algunas estrellas realmente nunca mueren. Los púlsares son los núcleos magnetizados no muertos de estrellas masivas que han encontrado su fin en una supernova. Giran furiosamente, arrojando chorros de radiación electromagnética desde sus polos magnéticos, lo que hace que parezcan destellar regularmente cuando se los observa desde la Tierra.
Como si estos zombis no fueran ya suficientemente extraños, el comportamiento de uno de ellos, el púlsar PSR J1023+0038, sigue siendo un misterio hasta ahora. PSR J1023 tiene el habitual chorro compacto de radiación en sus polos. Pero está en un sistema binario cercano con otra estrella y, mientras orbita esta estrella, se ha observado que arde intensamente antes de volver a atenuarse rápidamente. Un equipo internacional de astrónomos finalmente ha logrado un gran avance en la comprensión de qué causa que el púlsar cambie del “modo alto” intensamente brillante al “modo bajo” más tenue a medida que extrae material de su estrella compañera. El destino de ese material finalmente explica por qué actúa de manera tan errática.
Máximos extremos…
PSR J1023 no es un púlsar ordinario, sino un púlsar de milisegundos, lo que significa que gira cientos de veces por segundo. Incluso antes de su descubrimiento en 2002, se pensaba que los púlsares de milisegundos obtenían su velocidad al estar en sistemas binarios. Su velocidad proviene de extraer material de sus estrellas compañeras y atraerlo, lo que sigue alimentando a la estrella de neutrones con más energía.
El equipo de investigación identificó PSR J1023 como uno de un pequeño número de púlsares de transición de milisegundos porque constantemente pasa de ser intensamente luminoso a relativamente tenue y luego viceversa. ¿Qué hace que siga cambiando entre sus modos alto y bajo?
El material que PSR J1023 arranca de su estrella compañera forma un disco de acreción alrededor del púlsar. Este material, lleno de partículas cargadas de alta energía, es atraído hacia adentro por la gravedad del púlsar. A veces, esto da como resultado la acumulación de una cantidad especialmente grande de material estelar. Cuando una masa más grande de material se acerca cada vez más al púlsar, las partículas cargadas de la estrella compañera pueden chocar con partículas cargadas en los poderosos vientos del púlsar, que calientan aún más la materia entrante y la empujan hacia afuera.
En ocasiones, el púlsar también puede estallar simultáneamente. Si lo hace, las gotas de plasma que brotan de estas llamaradas también lanzarán el material caliente y cargado al espacio. El púlsar emite rayos X, luz ultravioleta y luz visible en un destello explosivo durante el modo alto.
“Suponemos que durante el modo alto el flujo de acreción se mantiene [high] por la presión de radiación del viento de partículas de un púlsar activo impulsado por rotación”, dijeron los investigadores en un estudio publicado recientemente en Astronomy & Astrophysics.
…y bajos bajos
Después de que tanto material es expulsado del púlsar en modo alto, sus emisiones de rayos X, UV y luz visible caen en picado. El viento del púlsar también disminuye porque ya no hay mucha afluencia de material para alimentarlo. Si bien el viento más débil todavía sopla a través del disco de acreción y es capaz de colisionar con parte de la materia que fluye desde la estrella compañera, provocando algunas emisiones, éstas no se acercan a las producidas en modo alto.
Incluso las salidas del chorro compacto que provoca las pulsaciones constantes del púlsar cesan temporalmente justo después de que finaliza el modo alto. Esto se debe a que el jet funciona con emisiones de sincrotrón generadas cuando los vientos del púlsar chocan con las masas de material en acreción más cercanas al púlsar. Después de que ese material es lanzado al espacio, el impacto del viento toca material demasiado alejado del púlsar para mantener los chorros en marcha por un tiempo.
El púlsar, mucho más tenue, todavía emite ondas de radio. Los investigadores creen que estos provienen principalmente del chorro compacto, que sigue expulsando material en los modos alto y bajo. Cuando el avión opera en modo bajo, se pueden observar algunos restos de la eyección en modo alto por encima de sus emisiones habituales de luz visible y rayos X.
Como era de esperar, el modo bajo no dura. El ciclo comienza de nuevo cuando una nueva afluencia de material del disco se acerca a la estrella. Rellena los espacios dejados por el plasma previamente expulsado y, cuando vuelve a chocar con los vientos del púlsar, reinicia la emisión de sincrotrón que impulsa el jet compacto.
Mantener un dedo en el pulso
Para observar PSR J1023 con suficiente atención como para descubrir qué estaba causando sus misteriosos cambios de modo, se necesitaron 12 telescopios terrestres y espaciales, incluido el Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA), el Telescopio de Nueva Tecnología de ESO, el Very Large Telescope de ESO y el XMM- Telescopio de rayos X de Newton. Este fue el estudio de múltiples longitudes de onda más grande jamás realizado en PSR J1023, y finalmente reveló cómo el material entrante afecta sus vientos y pulsos generales, que estudios anteriores del púlsar no pudieron observar. Sin embargo, quedan más misterios por resolver. Los investigadores quieren descubrir posibles similitudes entre los púlsares de transición de milisegundos y los agujeros negros.
“Sistemas de agujeros negros y [transitional millisecond pulsars] comparten similitudes intrigantes en sus propiedades fenomenológicas, lo que enfatiza la necesidad de realizar más investigaciones para profundizar nuestra comprensión de la física de acreción en objetos compactos”, dijeron en el mismo estudio.
El equipo predice que pueden estar sucediendo cosas similares en sus discos de acreción, y definitivamente ha habido casos en los que los agujeros negros muestran ráfagas de actividad. Al menos ninguno de ellos come cerebros humanos.
Astronomía y Astrofísica, 2023. DOI: 10.1051/0004-6361/202346418