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 encontraron su fin en una supernova. Giran furiosamente, arrojando chorros de radiación electromagnética desde sus polos magnéticos, lo que hace que parezcan parpadear regularmente cuando se los observa desde la Tierra.
Como si estos zombis no fueran lo suficientemente extraños, el comportamiento de uno de ellos, el púlsar PSR J1023+0038, sigue siendo un misterio hasta ahora. PSR J1023 tiene en sus polos el habitual chorro compacto de radiación. Pero está en un sistema binario cercano con otra estrella, y mientras orbita esta estrella se ha observado que brilla 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 este material finalmente explicó por qué actúa de manera tan errática.
Extremos altos…
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 la eliminación de material de sus estrellas compañeras y de su atracción, que continúa alimentando a la estrella de neutrones con más energía.
El equipo de investigación identificó PSR J1023 como uno de un pequeño número de púlsar de transición de milisegundos porque sigue cambiando de intensamente brillante a relativamente oscuro y luego viceversa. ¿Qué hace que cambie entre los modos alto y bajo?
El material que PSR J1023 toma 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 resulta en la acumulación de una cantidad especialmente grande de materia estelar. A medida que un globo 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 dispararse simultáneamente. Si eso sucede, las gotas de plasma que surgen de estas explosiones 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.
“Asumimos que durante el modo alto el flujo de acreción se mantiene [high] por la presión de la radiación del viento de las partículas de un púlsar activo y giratorio”, dijeron los investigadores en un estudio publicado recientemente en Astronomía y Astrofísica.
…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 se ralentiza porque ya no hay mucha afluencia de material para impulsarlo. Aunque el viento más débil todavía sopla a través del disco de acreción y es capaz de colisionar con parte de la materia que fluye de la estrella compañera, provocando algunas emisiones, éstas están lejos de las producidas durante el modo alto.
Incluso las salidas del chorro compacto que provocan las pulsaciones constantes del púlsar cesan temporalmente poco después de que finaliza el modo alto. Esto se debe a que el jet funciona. emisiones de sincrotrón generado cuando los vientos del púlsar chocan con burbujas de material de acreción más cercanas al propio púlsar. Después de que el material se lanza al espacio, el impacto del viento golpea el material demasiado lejos del púlsar para mantener los chorros funcionando por un tiempo.
El púlsar, mucho más débil, todavía emite ondas de radio. Los investigadores creen que esto se debe principalmente al chorro compacto, que continúa expulsando material tanto en modo alto como 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. Llena los espacios dejados por el plasma previamente expulsado y, al enfrentarse nuevamente a los vientos del púlsar, reinicia la emisión de sincrotrón que alimenta el jet compacto.
Mantener un dedo en el pulso
Observar PSR J1023 con suficiente atención para descubrir qué estaba causando sus misteriosos cambios de modo requirió 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 de la ESA. -. 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 otros 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 más investigaciones para profundizar nuestra comprensión de la física de la 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 han mostrado explosiones de actividad. Al menos ninguno de ellos come cerebros humanos.
Astronomía y Astrofísica, 2023. DOI: 10.1051/0004-6361/202346418
