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La estrella de neutrones sufre una "falla", da a los astrónomos una idea de cómo funcionan

La estrella de neutrones sufre una "falla", da a los astrónomos una idea de cómo funcionan

¿Cómo es exactamente el interior de una estrella de neutrones?

Una estrella de neutrones es lo que queda después de que una estrella masiva se convierte en supernova. Es un cuerpo apretado y ultradenso hecho de, lo adivinaste, neutrones. En realidad, eso no es del todo cierto.

Los modelos matemáticos muestran que las estrellas de neutrones están formadas por capas, y en esas capas hay otras cosas además de neutrones. Pero a medida que miras más profundamente en una estrella de neutrones, ves más y más neutrones apretados, y menos de cualquier otra cosa. Una vez que llegas al núcleo, son principalmente neutrones.

No estamos seguros, exactamente, de cómo se ve el interior de una estrella de neutrones, pero los modelos matemáticos sugieren que son así. Crédito de la imagen: por Robert Schulze - Trabajo propio, CC BY-SA 3.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=11363893No estamos seguros, exactamente, de cómo se ve el interior de una estrella de neutrones, pero los modelos matemáticos sugieren que son así. Crédito de la imagen: por Robert Schulze – Trabajo propio, CC BY-SA 3.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=11363893

Pero es el "mirar más profundamente en una estrella de neutrones" que es la parte problemática. Nadie ha visto el interior de uno.

Los astrónomos están atrapados observando el exterior de las estrellas de neutrones desde la distancia para tratar de comprenderlas. La física y los modelos matemáticos ayudan, pero no hay sustituto para la observación real. Afortunadamente, a veces las estrellas de neutrones sufren "fallas", y esas fallas son una oportunidad para aprender algo sobre estos cuerpos ultradensos.

Las estrellas de neutrones giran. También pueden emitir radiación electromagnética desde sus polos, y cuando esa radiación apunta a la Tierra de manera intermitente durante la rotación de la estrella, podemos ver los rayos. Estas estrellas de neutrones se llaman púlsares.

En esta animación de un púlsar de neutrones, el rosa es radiación gamma. Los verdes son haces estrechos de ondas de radio que solo pueden detectarse cuando apuntan a la Tierra. Video: NASA

En su mayor parte, esa rotación es muy regular y muy rápida. Pero a veces giran más rápido, y eso sucede cuando partes del interior de la estrella se mueven hacia el exterior. Por un breve momento astronómico, esta falla puede permitir a los astrónomos obtener una idea de estos objetos desconcertantes.

En 2016, los astrónomos que usan el monte. El telescopio agradable observó el Vela Pulsar fallando. El Vela Pulsar está a unos 1000 años luz de distancia, en la constelación de Vela. Es el púlsar más brillante en el cielo en frecuencias de radio, y también es el más conocido de todos los púlsares intermitentes. Solo alrededor del 5% de los púlsares falla, y Vela falla aproximadamente cada tres años.

Esta imagen de Chandra muestra el Vela Pulsar como una mancha blanca brillante en el centro de la imagen, rodeada de gas caliente en amarillo y naranja. Un chorro de material se mueve desde el gas caliente en la esquina superior derecha. Crédito de la imagen: por NASA / CXC / PSU / G.Pavlov et al. - http://heasarc.gsfc.nasa.gov/docs/objects/heapow/archive/compact_objects/vela_pulsar_jet.html, Dominio público, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=135898Esta imagen de Chandra muestra el Vela Pulsar como una mancha blanca brillante en el centro de la imagen, rodeada de gas caliente en amarillo y naranja. Un chorro de material se mueve desde el gas caliente en la esquina superior derecha. Crédito de la imagen: por NASA / CXC / PSU / G.Pavlov et al. – http://heasarc.gsfc.nasa.gov/docs/objects/heapow/archive/compact_objects/vela_pulsar_jet.html, Dominio público, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=135898

Esta estrella de neutrones, que como todas las estrellas de neutrones tiene solo varios kilómetros de diámetro, normalmente gira a unas 11 veces por segundo. Pero durante la falla de 2016, la rotación de la estrella se aceleró. Esta fue la primera vez que se observó fallas en vivo.

En un artículo publicado en la revista Nature Astronomy, un equipo de científicos volvió a analizar los datos de la falla de 2016. El documento se llama "Evolución rotacional del púlsar Vela durante la falla de 2016". El primer autor es el Dr. Greg Ashton de la Escuela de Física y Astronomía de Monash.

El principal hallazgo de su nuevo análisis es que la falla es más que un simple aumento de la velocidad de rotación. La estrella giró rápidamente, antes de relajarse a la velocidad de falla. Según los autores, el comportamiento de Vela durante la falla les permitió vislumbrar la composición del interior de la estrella de neutrones.

Dicen que las estrellas de neutrones tienen tres capas distintas. En un comunicado de prensa, el coautor Paul Lasky, también de la Escuela de Física y Astronomía de Monash, dijo: “Uno de estos componentes, una sopa de neutrones súper fluidos en la capa interna de la corteza, se mueve hacia afuera primero y golpea el corteza externa rígida de la estrella que hace que gire. Pero luego, una segunda sopa de superfluido que se mueve en el núcleo atrapa al primero, lo que hace que el giro de la estrella disminuya su velocidad ".

Ellos llaman a este fenómeno un exceso. Según los autores, otros científicos han predicho esto en los estudios, pero no se ha observado.

"Este exceso se ha predicho un par de veces en la literatura, pero esta es la primera vez que se identifica en las observaciones", dijo Lasky.

La coautora del estudio, la Dra. Vanessa Graber, de la Universidad McGill, fue una de las científicas que pronosticó este sobreimpulso, y habló de ello en su artículo de 2018 "El acoplamiento rápido de la corteza y las fallas en las estrellas de neutrones superfluidas".

Pero durante la observación en vivo de Vela en 2016, la estrella de neutrones en rotación mostró algún otro comportamiento extraño: antes de la falla, en realidad se desaceleró. Esto es algo que nunca antes se había observado.

"Inmediatamente antes de la falla, notamos que la estrella parece disminuir su velocidad de rotación antes de girar", dijo el Dr. Ashton. "En realidad no tenemos idea de por qué es así, y es la primera vez que se ve".

Ilustración artística de una estrella de neutrones giratoria, los restos de una explosión de supernova. Crédito: NASA, Caltech-JPL

"Podría estar relacionado con la causa de la falla, pero sinceramente no estamos seguros", dijo Ashton.

Este estudio es una nueva pieza del rompecabezas cuando se trata de estrellas de neutrones. Están llamando a la desaceleración que precede al spin-up un "anti-glitch". El anti-glitch es seguido por el "overhoot" que fue predicho por el coautor Graber y otros. Luego, está la relajación hasta la velocidad de falla real. Esta secuencia de tres pasos no se ha observado en su totalidad antes. Los autores piensan que este modelo de tres pasos para fallas es un descubrimiento importante.

En la conclusión de su artículo, dicen: “Durante el problema técnico de 2016, el púlsar Vela primero se volcó. Unos segundos más tarde, giró rápidamente, antes de finalmente girar hacia abajo con un tiempo de relajación exponencial de? 60 s. Este modelo se ve sustancialmente favorecido por un simple error de paso, o uno con un solo evento de rotación ".

Es la observación del anti-glitch la clave. Si los astrónomos pueden observar otros púlsares que se comportan así, entonces pueden probar predicciones contra ellos.

Ilustración artística de una estrella de neutrones, un pequeño remanente que permanece después de la explosión de su estrella predecesora. Aquí, la esfera de 12 millas (20 kilómetros) se compara con el tamaño de Hannover, Alemania. Crédito: Centro de Vuelo Espacial Goddard de la NASA.

Pero por ahora, solo hay una instancia observada del anti-glitch. Sin más evidencia de observación, los científicos están limitados a modelos. Como dicen los autores en la conclusión de su artículo, "Los análisis como los presentados aquí solo evalúan la evidencia relativa de los modelos". Además, "Incluso los modelos de mejor ajuste probados aquí no explican todas las características de los datos".

Los autores sospechan que su análisis volverá a encender más observación y estudio de las estrellas de neutrones y sus fallas, e inspirará algunas nuevas teorías.

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