Observaciones recientes de los telescopios de rayos X de la NASA han proporcionado información sin precedentes sobre las rápidas ráfagas de radio (FRB), eventos cósmicos potentes y breves que han intrigado a los astrónomos. Al estudiar una rápida ráfaga de radio procedente de un magnetar dentro de nuestra galaxia, los científicos han avanzado en nuestra comprensión de estos fenómenos, revelando cambios rápidos en el comportamiento del magnetar que podrían explicar cómo se generan los FRB. Crédito: SciTechDaily.com

Utilizando dos de los telescopios de rayos X de la agencia, los investigadores pudieron magnificar el comportamiento errático de una estrella muerta mientras liberaba una breve y brillante ráfaga de ondas de radio.

¿Qué está provocando misteriosos estallidos de ondas de radio en el espacio profundo? Los astrónomos pueden estar un paso más cerca de dar una respuesta a esa pregunta. Dos NASA Los telescopios de rayos X observaron recientemente uno de esos eventos, conocido como ráfaga de radio rápida, apenas unos minutos antes y después de que ocurriera. Esta información sin precedentes coloca a los científicos en el camino hacia una mejor comprensión de estos fenómenos radioeléctricos extremos.

Aunque sólo duran una fracción de segundo, las ráfagas de radio rápidas pueden liberar tanta energía como la que libera el Sol en un año. Su luz también forma un rayo similar a un láser, lo que los diferencia de explosiones cósmicas más caóticas.

La fuente de las ráfagas de radio rápidas

Debido a que las explosiones son tan breves, a menudo es difícil identificar de dónde provienen. Antes de 2020, aquellos cuyos orígenes se han rastreado se originaron fuera de nuestra propia galaxia, demasiado lejos para que los astrónomos vieran qué los creó. Luego, una rápida ráfaga de radio estalló en la galaxia natal de la Tierra, originada por un objeto extremadamente denso llamado magnetar: los restos colapsados ​​de una estrella que explotó.

Comprender el comportamiento del magnetar

En octubre de 2022, el mismo magnetar, llamado SGR 1935+2154, produjo otra rápida ráfaga de radio, esta estudiada en detalle por el NICER (Neutron Star Interior Composition Explorer) de la NASA en la Estación Espacial Internacional y NuSTAR (Nuclear Spectroscopic Telescope Array) en baja altitud. Órbita terrestre. Los telescopios observaron el magnetar durante horas, vislumbrando lo que sucedió en y alrededor de la superficie del objeto fuente antes y después de la rápida explosión de radio. Los resultados, descritos en un nuevo estudio publicado el 14 de febrero en la revista Naturalezason un ejemplo de cómo los telescopios de la NASA pueden trabajar juntos para observar y rastrear eventos de corta duración en el cosmos.

En una eyección que habría provocado una desaceleración de su rotación, en el concepto de este artista se representa un magnetar perdiendo material en el espacio. Las fuertes y retorcidas líneas del campo magnético del magnetar (que se muestran en verde) pueden influir en el flujo de material cargado eléctricamente desde el objeto, que es un tipo de estrella de neutrones. Crédito: NASA/JPL-Caltech

La explosión ocurrió entre dos «fallos», cuando el magnetar de repente comenzó a girar más rápido. Se estima que SGR 1935+2154 tiene unos 20 kilómetros de diámetro y gira unas 3,2 veces por segundo, lo que significa que su superficie se mueve a unos 11.000 km/h. Ralentizarlo o acelerarlo requeriría una cantidad significativa de energía. Es por eso que los autores del estudio se sorprendieron al ver que entre fallas, el magnetar se desaceleró a menos de su velocidad previa a la falla en solo nueve horas, o aproximadamente 100 veces más rápido de lo que jamás se había observado en un magnetar.

«Normalmente, cuando ocurren fallas, el magnetar tarda semanas o meses en volver a su velocidad normal», dijo Chin-Ping Hu, astrofísico de la Universidad Nacional de Educación de Changhua en Taiwán y autor principal del nuevo estudio. «Así que está claro que a estos objetos les están sucediendo cosas en escalas de tiempo mucho más cortas de lo que pensábamos anteriormente, y esto puede estar relacionado con la rapidez con la que se generan las ráfagas de radio».

La física de los magnetares

Al tratar de descubrir exactamente cómo los magnetares producen rápidas ráfagas de radio, los científicos muchas variables a considerar.

Por ejemplo, los magnetares (que son un tipo de estrella de neutrones) son tan densos que una cucharadita de su material pesaría alrededor de mil millones de toneladas en la Tierra. Una densidad tan alta también significa una fuerte atracción gravitacional: un malvavisco que cae sobre una superficie típica Estrella neutrón impactaría con la fuerza de una de las primeras bombas atómicas.

La fuerte gravedad significa que la superficie de un magnetar es un lugar volátil, que libera regularmente ráfagas de luz y rayos X de mayor energía. Antes de la rápida explosión de radio que se produjo en 2022, el magnetar comenzó a liberar ráfagas de rayos X y rayos gamma (longitudes de onda de luz aún más energéticas) que se observaron en la visión periférica de los telescopios espaciales de alta energía. Este aumento en la actividad llevó a los operadores de la misión a apuntar a NICER y nustar directamente al magnetar.

«Todos esos estallidos de rayos X que ocurrieron antes de este fallo habrían, en principio, tenido suficiente energía para crear un estallido de radio rápido, pero no lo hicieron», dijo el coautor del estudio Zorawar Wadiasingh, científico investigador de la Universidad de Maryland, College Park y el Centro de Vuelos Espaciales Goddard de la NASA. «Así que parece que algo cambió durante la crisis, creando el conjunto adecuado de condiciones».

¿Qué más podría haberle pasado a SGR 1935+2154 para producir una rápida ráfaga de radio? Un factor puede ser que el exterior de un magnetar sea sólido y la alta densidad comprima el interior en un estado llamado superfluido. Ocasionalmente, los dos pueden desincronizarse, como el agua dentro de un acuario que gira. Cuando esto sucede, el fluido puede suministrar energía a la corteza. Los autores del artículo creen que esto fue probablemente lo que causó las dos fallas que detuvieron la rápida explosión de radio.

Si el fallo inicial provocó una grieta en la superficie del magnetar, podría haber liberado material del interior de la estrella al espacio, como una erupción volcánica. La pérdida de masa hace que los objetos que giran se desaceleren, por lo que los investigadores creen que esto podría explicar la rápida desaceleración del magnetar.

Implicaciones para futuras investigaciones.

Pero habiendo observado sólo uno de estos eventos en tiempo real, el equipo aún no puede decir con seguridad cuál de estos factores (u otros, como el poderoso campo magnético del magnetar) podría conducir a la producción de una rápida ráfaga de radio. Es posible que algunos no estén relacionados con la explosión.

«Sin duda hemos observado algo importante para nuestra comprensión de las ráfagas de radio rápidas», dijo George Younes, investigador de Goddard y miembro del equipo científico NICER especializado en magnetares. «Pero creo que todavía necesitamos muchos más datos para completar el misterio».

Referencia: “Cambios rotacionales rápidos alrededor de una ráfaga de radio rápida de magnetar” por Chin-Ping Hu, Takuto Narita, Teruaki Enoto, George Younes, Zorawar Wadiasingh, Matthew G. Baring, Wynn CG Ho, Sebastien Guillot, Paul S. Ray, Tolga Güver , Kaustubh Rajwade, Zaven Arzoumanian, Chryssa Kouveliotou, Alice K. Harding y Keith C. Gendreau, 14 de febrero de 2024, Naturaleza.
DOI: 10.1038/s41586-023-07012-5

Más sobre la misión

NuSTAR, una misión Small Explorer dirigida por Caltech y administrada por el Laboratorio de Propulsión a Chorro de la NASA en el sur de California para la Dirección de Misiones Científicas de la agencia en Washington, fue desarrollada en asociación con la Universidad Técnica Danesa y la Agencia Espacial Italiana (ASI). La nave espacial fue construida por Orbital Sciences Corp. en Dulles, Virginia. El centro de operaciones de la misión de NuSTAR está en Universidad de California, Berkeley, y el archivo de datos oficial se encuentra en el Centro de Investigación de Archivos Científicos de Astrofísica de Alta Energía de la NASA en el Centro de Vuelos Espaciales Goddard de la NASA. ASI proporciona la estación terrestre de la misión y un archivo de datos espejo. Caltech gestiona JPL para la NASA.