Pulsar

Imagen de rayos X del Pulsar delle Vele .

El efecto baliza en la emisión de radiación de un púlsar.

Un púlsar , un nombre que originalmente significaba fuente de radio pulsante , es una estrella de neutrones . En las primeras etapas de su formación, en las que gira muy rápidamente, su radiación electromagnética en conos confinados se observa como pulsos emitidos a intervalos extremadamente regulares. En el caso de los púlsares ordinarios, su masa es comparable a la del Sol , pero está comprimida en un radio de unos diez kilómetros, por lo que su densidad es enorme. El haz de ondas de radio emitido por la estrella es causado por la acción combinada del campo magnético y la rotación .

Los púlsares se forman cuando una estrella explota como supernova II , mientras que sus regiones internas colapsan en una estrella de neutrones congelando y magnificando el campo magnético original. La velocidad de rotación en la superficie de un púlsar es variable y depende del número de rotaciones por segundo en su eje y su radio. En el caso de púlsares con emisiones a frecuencias de kHz, la velocidad superficial puede ser una fracción significativa de la velocidad de la luz, a velocidades de 70.000 km / s ^[1] .

Historia

El gráfico original en el que Jocelyn Bell reconoció la evidencia de un púlsar. El gráfico se muestra en la Biblioteca de la Universidad de Cambridge.

Los púlsares fueron descubiertos por Jocelyn Bell bajo la dirección de Antony Hewish en 1967 mientras usaban una matriz de radio para estudiar el centelleo de los quásares . En cambio, encontraron una señal muy regular, que consiste en un pulso de radiación cada pocos segundos. Se excluyó el origen terrestre de la señal, porque el tiempo que tardó el objeto en aparecer estaba en sincronía con el día sideral en lugar de con el día solar y la potencia emitida fue órdenes de magnitud superior a la producida artificialmente. El descubrimiento fue galardonado con un Premio Nobel en 1974 que se asignó incorrectamente solo a Hewish. Bell recibirá 44 años más tarde el premio Special Breakthrough Prize con un premio en efectivo de $ 3 millones ^[2] .

El nombre original del objeto era "LGM" (Little Green Men, hombrecitos verdes) porque alguien bromeó diciendo que, al ser tan regular, podrían ser señales de alguna forma de vida extraterrestre . Después de mucha especulación, se encontró una explicación más prosaica en una estrella de neutrones , un objeto hasta ahora solo especulado, y hoy el primer púlsar descubierto se conoce oficialmente como PSR B1919 + 21 .

En las décadas de 1970 y 1980 , se descubrió una nueva categoría de púlsares: púlsares superrápidos , o púlsares de milisegundos que, como su nombre lo indica, tienen un período de unos pocos milisegundos en lugar de segundos o más y son muy antiguos, el resultado de una larga evolución. proceso.

En 2004 , se identificó el primer "púlsar doble", es decir, dos estrellas púlsar orbitando entre sí en un sistema binario . El descubrimiento es obra de un grupo de investigadores internacionales, en el que también participan italianos. En este último caso, la altísima precisión de los pulsos permitió a los astrónomos calcular la pérdida de energía orbital del sistema, que se cree que se debe a la emisión de ondas gravitacionales . La cantidad exacta de esta pérdida de energía está de acuerdo con las ecuaciones de la relatividad general de Einstein .

Teoría

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Animación de un Pulsar

El modelo púlsar generalmente aceptado, y rara vez cuestionado, es el del rotador oblicuo . Explica las observaciones con un haz de radiación apuntando en nuestra dirección una vez por cada rotación de la estrella de neutrones. El origen del rayo giratorio está relacionado con la desalineación entre el eje de rotación y el eje del campo magnético del púlsar, similar a lo que se observa en la Tierra . El rayo es emitido por los polos magnéticos del púlsar, que pueden separarse de los polos de rotación incluso en un ángulo grande. Este ángulo hace que el comportamiento de los rayos sea similar al de un faro. La fuente de energía de los rayos es la energía de rotación de la estrella de neutrones, que ralentiza lentamente su rotación para alimentar los rayos. Los púlsares de milisegundos probablemente fueron acelerados por el momento angular que posee la materia externa que cae sobre ellos desde una estrella compañera cercana en un sistema binario por medio del mecanismo de transferencia de masa . Sin embargo, incluso los púlsares de milisegundos ralentizan constantemente su rotación.

La observación de cualquier falla es de interés para el estudio del estado de la materia en las estrellas de neutrones. Una falla es un aumento repentino en la velocidad de rotación (que se observa como una reducción repentina en el intervalo entre pulsos). Durante mucho tiempo, se creyó que estos fallos surgían de "estellemotes" debido a ajustes en la corteza superficial de la estrella de neutrones. Hoy en día también existen modelos alternativos, que explican los fallos como fenómenos repentinos de superconductividad dentro de la estrella. Actualmente se desconoce la causa exacta de los fallos.

En 2003 , las observaciones del púlsar de la Nebulosa del Cangrejo revelaron "subpulsos", superpuestos a la señal principal, con una duración de unos pocos nanosegundos . Se cree que estos pulsos estrechos podrían emitirse desde regiones de la superficie del púlsar de hasta 60 centímetros de diámetro, lo que convierte a estas regiones en las estructuras más pequeñas jamás medidas fuera del sistema solar .

Importancia

El descubrimiento de los púlsares confirmó la existencia de solo estados hipotéticos de materia prima, como la estrella de neutrones , e imposibles de reproducir en el laboratorio debido a las altas energías requeridas, gravitacionales o de otro tipo. Este tipo de objeto es el único en el que es posible observar el comportamiento de la materia a densidades nucleares , aunque sea de forma indirecta. Además, los púlsares de milisegundos permitieron una nueva prueba de la relatividad general en condiciones de fuertes campos gravitacionales.

Gracias a los púlsares, fue posible descubrir el primer exoplaneta y, posteriormente, otros 10.

Se están realizando estudios para verificar la viabilidad de usar púlsares de milisegundos para determinar con precisión la posición de un objeto que se mueve a miles de kilómetros por hora en el espacio profundo y usarlos en el futuro para misiones espaciales robóticas. ^[3]