martes, 22 de diciembre de 2009

17 Estrellas de Neutrones y Púlsares

Ilustración Neutrones-Púlsares

A unque se tiene cierta certeza de que todos los púlsares son estrellas de neutrones que emiten radiaciones de radio; sin embargo, no todas las estrellas de neutrones tienen la características que le reconocemos a un púlsar.

PSR-1997

Sabemos que las estrellas de neutrones son productos residuales de la explosión de una supernova, ya que estarían conformadas por las densas cenizas desprendidas del núcleo de hierro de una masiva estrella colapsada. La densa materia de que hablamos comienza a rotar, prácticamente, en un pari-paso con la explosión supernóvica, tal como lo hacen los bailarines artísticos de patinaje en el hielo cuando bajan sus brazos. En la medida que se van despejando los gases y materiales particulados remanentes de la gran explosión, va quedando atrás una estrella de neutrones de entre seis y veinte kilómetros de diámetro que puede girar hasta 30 veces por segundo, sin emitir radiaciones de radio o pulsaciones ópticas. Como son astros con un gran campo magnético atrayente y pueden ser proveídos de materia acumulada en sus alrededores después de la explosión supernóvica, cuentan con los ingredientes necesarios para llegar a hacer poderosos aceleradores. La nebulosa El Cangrejo en Tauro (El Toro), es el remanente de una supernova ocurrida en 1054. En el año 1967, fueron detectadas las primeras emisiones de radio desde un púlsar en el corazón de este remanente. Posteriormente, el 15 de enero de 1979, fueron observadas las pulsaciones de luz que producía el mismo púlsar.

En lo anterior he querido señalar que la mayoría de los astrofísicos creen que los púlsares se dan solamente en estrellas de neutrones que hayan alcanzado cierto grado de condiciones precisas.
Para entender mejor cuando se habla de púlsares y cuando de estrellas de neutrones, una buena guía para ello es la clasificación que se ha elaborado para este tipo de estrellas.

Púlsares aislados.- Son detectados casi exclusivamente por la emisión de ondas de radio que generan. Algunos de ellos, primariamente, fueron localizados solamente por radiaciones de rayos X o gamma que se lograron detectar.

Estrellas de neutrones en remanente de supernovas.- Se cree que una estrella de neutrones es el producto final de una explosión de supernova de tipo II. Como la mayoría de los restos de supernovas que se están monitoreando son relativamente jóvenes, en ellos, y en función de lo que hemos mencionado anteriormente, solamente se han podido encontrar estrellas de neutrones debido a la radiación de rayos X que emiten, pero en ninguna de ellas se han podido detectar todavía pulsaciones de radio o luminosas.

Estrellas de neutrones en binarias de rayos X.-.- Corresponden a sistemas binarios en el cual una de los componentes es una estrella de neutrones y su compañera una estrella común o gigante roja. La estrella de neutrones por sus características acreta material de la compañera, dándose un proceso de acreción que más de una espectacularidad reúne, ya que en ello se producen grandes explosiones de rayos X cuyas emisiones se desparraman por el espacio (de ahí el nombre que las clasifica). Son sistemas que no reúnen mayores problemas para ser detectados, incluso a grandes distancias. Se reconocen dos tipos en esta clasificación de estrellas de neutrones: la que tienen una compañera de masa alta o una de masa baja. Las binarias que son integradas por una compañera de masa alta, se caracterizan por la emisión pulsante de rayos X de la estrella de neutrones. Por su parte, el sistema que comporta una estrella de masa baja, la estrella de neutrones no genera emisiones de características pulsantes, o sea, no es un púlsar.

Estrellas de neutrones viejas y aisladas.- Hasta ahora, se ha logrado solamente hallar a dos de estas viejecitas estelares, pero podrían ser la mayoría de entre todas las estrellas de neutrones que "adornan" nuestro universo. Pulsan por un corto tiempo, quizás tan sólo unos cuantos millones de años con la excepción de los llamados «púlsares de milisegundo» que se presume que podrían tener una vida más longeva en tiempos astronómicos. Cuando la estrella de neutrones es vieja y de baja rotación, tiene un campo magnético mucho más débil. Sin embargo, cuentan con mejores condiciones de acretar materia interestelar. Lo último ocurre en el marco de un proceso muy notable: el gas de hidrógeno que arrebata desde su entorno interestelar por su mecanismo de acreción, se distribuye por toda la superficie de la estrella de neutrones, en vez de concentrarse sólo en los polos. Esta materia se asienta sobre la superficie y no emite rayos X hasta después de unas cuantas horas, tras haberse acumulado una cierta cantidad y calentado su superficie. Cuando lo último sucede, la estrella de neutrones estalla completa en un «fogonazo termonuclear» espectacular, produciendo una emisión de rayos X blandos, los que son observados dentro de un radio de cercanía con respecto al observador.

Magnetares.-Astros supra-magnéticos. Estrellas con campos magnéticos tremendos, por lo cual estarían imposibilitadas para emitir pulsaciones en ondas de radio. Su descubrimiento es reciente y se trataría de estrellas más calientes que la de neutrones que consideramos "normales" y se les ha observado estallidos suaves de rayos gamma. En inglés se les reconocen como soft gamma repeaters.
Hasta hace poco tiempo, no se lograba entender que sucedía con algunas nebulosas remanentes de supernovas que, como se suponía, debían formar una estrella de neutrones una vez terminado el proceso de estallido supernóvico de gigantes estrellas. La consecuencia esperada de enontrar esas estrellas de neutrones como púlsares o simple giratorias, no aparecían para ser detectadas.

Desde el año 1979, se empezó a monitorear radiaciones de gran intensidad de rayos gamma que emanaban desde las cercanías de un remanente de una supernova conocido como N49 ubicado en la Gran Nube de Magallanes. Cada una de estas radiaciones no tenían una duración mayor que dos décimas de segundo, pero emitían una energía equivalente a la que irradia el Sol durante un año.

Esas mismas radiaciones volvieron a ser detectadas en el año 1986, pero salvo provocar una serie de hipótesis y conjeturas, a nada claro se pudo llegar en cuanto a establecer su origen, con la excepción de concurrir a bautizarlas como SGR 1806-20. Fue recién, en 1996, que se empezaron a correr los velos que ocultaban el misterio sobre cuál podría ser el origen de esas fenomenales explosiones gamma cuyas radiaciones habían sido anteriormente detectadas.

SGR 1806-20

El instrumento de observación de rayos RXTE abordo del satélite Compton, en mayo de 1996, logró captar emisiones de rayos X que provenían desde SGR 1806-20 de una duración de 7,5 segundos. Los datos que registró el RXTE fueron comparados con otros que fueron obtenidos por el satélite japonés ASCA, años antes, registrándose sólo diferencias de ocho milésimas de segundo. Ello, demostró que el fenómeno que presentaba SGR 1806-20 cuando emitía las radiaciones que hemos descrito, se debía a pulsaciones que emitía una estrella con las características de una de neutrones, pero con algunos agregados que ya teóricamente se esperaban encontrar en este tipo de astros.

Las estrellas magnetares, corresponderían a un tipo de estrellas de neutrones prácticamente cadavéricas estelares, con un rangode tiempo de existencia por sobre los 10.000 años, y que probablemente han logrado cautivar un extremo campo magnético superior a varios miles de millones de Gauss al de la Tierra, lo que les permitiría almacenar una temperatura en la superficie del orden de los 10.000.000 de grados (el Sol tiene 5.000º) y, a su vez, energetizar los rayos X que provienen desde la rotación de su corteza exterior. Lo anterior, hace aparecer a la superficie de este tipo de estrellas de neutrones como una costra metálica magnetizada con una fuerza equivalente a 150 millones de veces la producida por la gravedad de la Tierra. A esa intensidad magnética, las fuerzas que se desplazan por la estrella deberían remecer las capas superficiales de ella como si se tratara de un permanente ambiente sísmico, pero además, adornado cada remezoncito por una erupción de rayos gamma con características más que violentas. `Por otro lado, serían también esas tremendas fuerzas magnéticas comportadas por este tipo de estrellas las que impedirían el comportamiento de éstas como púlsares.

Se cree que las magnetares no son astros aislados y escasos. Por el contrario, se piensa que en nuestra galaxia se deben contar por miles. Aparte de la ya ubicada SGR 1806-20, ya se tienen en vista otras seis candidatas.

En resumen, la clasificación que hemos entregado, per se, clarifica las diferencias que existen entre estrellas de neutrones propiamente tal y púlsares.

CÓMO DETECTAR ESTRELLAS DE NEUTRONES

Hasta ahora, solamente dos tenues puntitos pulsantes de luz visible se han podido detectar como emisiones desde estrellas de neutrones. Está demás decir, que la observación óptica de este tipo de estrella es más que una tarea difícil y compleja. No es cuestión de salir a rastrear el cielo nocturno con telescopios, por más que éstos sean muy poderosos. Sin embargo, los astrónomos han podido hallar estrellas de neutrones al observar los efectos gravitatorios que generan sobre otros objetos cercanos.

EMISIONES DE RADIO

La ubicación en el cielo de radioseñales pulsante fue el primer método que permitió descubrir estrellas de neutrones. Las partículas cargadas eléctricamente que caen en la estrella de neutrones, emiten neutrones como el foco de luz de un faro. Como la estrella de neutrones gira rápidamente, las frecuencias de las pulsaciones que se generan con la caída de partículas en su superficie coinciden con las rotaciones de la estrella.

RAYOS X

Los astrónomos han podido descubrir algunas estrellas de neutrones porque ellas son fuentes de rayos X. La intensa gravedad de una estrella de neutrones puede arrebatar partículas de polvo desde una nube de circunvalación o de una estrella cercana. Como las partículas se calientan y aceleran cuando son sacadas de su almacenamiento, emiten rayos X. Si bien, estos rayos no son emitidos directamente por la estrella, no obstante delatan su presencia por los efectos que genera el polvo en sus alrededores. Aunque los rayos X no penetran nuestra atmósfera, los astrónomos usan satélites para monitorear las fuentes de rayos X en el cielo.

RAYOS GAMMA

De las más de setecientas estrellas de neutrones halladas a la fecha cohabitando en las inmensidades del cosmos, unas diez han sido ubicadas por ser fuentes de emisión de rayos gamma. El fotón de los rayos gamma, comporta una parte importante de la energía de las estrellas de neutrones, yendo, dependiendo del caso, a representar desde el 1% al 100% del total de su potencial energético. Ello ha implicado contar con una poderosa huella estelar para poder distinguir estrellas de neutrones como fuentes de rayos gamma.

ROTACIÓN DE LAS ESTRELLAS

Muchas estrellas rotan una alrededor de la otra, igual como lo hacen los planetas orbitando al Sol. Cuando los astrónomos observan a una estrella en movimiento circular de algo, aunque éste no se pueda ver, las características del comportamiento móvil de la estrella estudiada puede indicar la estructura y naturaleza del objeto circundado por los movimientos orbitales de la estrella previamente ubicada.

LENTES GRAVITATORIOS

Lents-Flare

El uso de técnicas para el rastreo de lentes gravitatorios es otro de los métodos usados por los astrónomos para localizar estrellas de neutrones. Cuando un objeto masivo pasa entre una estrella y la Tierra, el objeto actúa como un lente y enfoca rayos de luz desde la estrella hacia la Tierra.
Lo anterior está muy bien, pero ¿ cómo una estrella de neutrones podría causar el efecto del lente ? Simple: la gravedad. Los efectos que genera la gravedad de un cuerpo masivo sobre los rayos de luz emitidos por un objeto ubicado detrás del primero, fue predicho por Einstein en su teoría de la relatividad general y comprobado en el eclipse de Sol ocurrido el 29 de mayo de 1919. La gravedad del Sol dobló los rayos de luz que procedían de una estrella que se encontraba ubicada detrás de él.

Fuente: http://www.astrocosmo.cl/h-foton/h-foton-03_07-04.htm

1 comentario:

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