El segundo púlsar más rápido, ahora con rayos gamma

Concepto artístico de un púlsar. En esta ilustración, el púlsar balancea sus haces de radio (verde) y rayos gamma (magenta) más allá de la Tierra con cada giro, de modo que lo vemos pulsando. Imagen vía NASA.

Las explosiones de supernova pueden aplastar estrellas ordinarias en estrellas de neutrones, compuestas de materia exótica y extremadamente densa. Las estrellas de neutrones son del orden de aproximadamente 12 millas (20 km) de ancho en contraste con cientos de miles de millas de ancho para estrellas como nuestro sol. Sin embargo, contienen una masa del orden de 1, 4 veces la de nuestro sol. Las estrellas de neutrones tienen fuertes campos magnéticos. Emiten potentes explosiones de radiación a lo largo de sus líneas de campo magnético. Si, a medida que una estrella de neutrones gira, sus rayos de radiación apuntan periódicamente hacia la Tierra, vemos la estrella como una fuente de radio pulsante o rayos gamma. Entonces la estrella de neutrones también se llama púlsar, a menudo en comparación con un faro cósmico. Los astrónomos modernos saben que los púlsares giran con una rapidez alucinante. ¡El segundo más rápido, llamado PSR J0952-0607, gira unas 707 veces por segundo! Científicos del Instituto Max Planck de Física Gravitacional en Hannover, Alemania, anunciaron el 19 de septiembre de 2019 que este púlsar, J0952-0607, anteriormente visto solo en el extremo de radio del espectro, ahora se ha encontrado que también pulsa en rayos gamma.

J0952-0607, el número se relaciona con la posición del objeto en el cielo, se descubrió por primera vez en 2017. Originalmente se vio que pulsaba en ondas de radio, pero no en rayos gamma. El equipo internacional que lo estudió en detalle, y recientemente publicó un nuevo trabajo al respecto en el Astrophysical Journal revisado por pares, dijo en un comunicado:

El púlsar gira 707 veces en un solo segundo y, por lo tanto, es el giro más rápido en nuestra galaxia fuera de los densos entornos estelares de los cúmulos globulares.

Concepto artístico de un remanente de supernova con una estrella de neutrones en su corazón. Las estrellas de neutrones nacen en supernovas. A medida que las partes externas de la estrella explotan hacia afuera, la parte interna de la estrella implosiona. Las partes constituyentes de los átomos ordinarios (electrones y protones) son aplastadas por la gravedad para formar neutrones. ¿Quieres saber más sobre las estrellas de neutrones? Prueba este explicador, de The Conversation . Imagen vía ESA.

Los astrónomos dijeron que este púlsar orbita el centro de masa común en 6.2 horas con una estrella compañera. El compañero es extremadamente liviano, con una masa de solo un quincuagésimo el de nuestro sol. La estrella compañera puede estar bloqueada por la marea al púlsar, así como la luna de la Tierra está bloqueada por la marea a la Tierra, de modo que un lado de la luna siempre mira a la Tierra. Si un lado de la estrella compañera siempre se enfrenta al púlsar, ese lado de la estrella se calentaría por la radiación gamma del púlsar. Los astrónomos dijeron que piensan que están viendo el lado `` día '' caliente y el lado `` día '' más frío del compañero y el lado de la noche varían en brillo y color a medida que la estrella compañera y el púlsar orbitan su centro de masa común.

Estos detalles fueron posibles porque, en este nuevo estudio, los astrónomos analizaron muchos datos sobre este púlsar y su compañero. Usaron 8, 5 años de datos del telescopio espacial de rayos gamma Fermi de la NASA, dos años de observaciones de radio LOFAR, más observaciones de dos grandes telescopios ópticos y datos de ondas gravitacionales de los detectores LIGO. El autor principal de la nueva investigación es Lars Nieder, Ph.D. estudiante en el Centro Albert Einstein (Instituto Max Planck) en Hannover. El análisis de datos es una de sus áreas especiales de estudio. Él comentó:

Esta búsqueda es extremadamente desafiante porque el telescopio de rayos gamma Fermi solo registró el equivalente de aproximadamente 200 rayos gamma del púlsar débil durante los 8, 5 años de observaciones. Durante este tiempo, el púlsar mismo rotó 220 mil millones de veces. En otras palabras, ¡solo una vez en cada mil millones de rotaciones se observó un rayo gamma!

Para cada uno de estos rayos gamma, la búsqueda debe identificar exactamente cuándo se emitió durante cada una de las rotaciones de 1.4 milisegundos.

Lars Nieder, un doctorado, estudiante de astrofísica en el Instituto Albert Einstein de Hannover, dirigió la nueva investigación sobre PSR J0952-0607. Imagen a través de Max Planck.

Según la declaración de estos astrónomos:

Esto requiere peinar los datos con una resolución muy fina para no perder ninguna señal posible. La potencia informática requerida es enorme. La búsqueda muy sensible de pulsaciones débiles de rayos gamma habría llevado 24 años en un solo núcleo de computadora. Al usar el clúster de computadoras Atlas en el AEI Hannover, terminó en solo dos días.

Los astrónomos dijeron que encontraron sorpresas en los datos. Se sorprendieron, por ejemplo, al no encontrar pulsaciones de rayos gamma antes de julio de 2011. Dijeron:

Se desconoce la razón por la cual el púlsar solo parece mostrar pulsaciones después de esa fecha. Las variaciones en la cantidad de rayos gamma que emitió podrían ser una de las razones, pero el púlsar es tan débil que no fue posible probar esta hipótesis con suficiente precisión. Los cambios en la órbita del púlsar observados en sistemas similares también pueden ofrecer una explicación, pero ni siquiera había una pista en los datos de que esto estaba sucediendo.

Por ahora, la falta de pulsaciones de rayos gamma antes de 2011 es un misterio.

Bruce Allen es director del Albert Einstein Institue Hannover y el Ph.D. de Nieder. supervisor. Imagen a través de Max Planck.

Los astrónomos comentaron que los púlsares que giran rápidamente como J0952-0607 son sondas de física extrema. Ellos dijeron:

Se desconoce qué tan rápido pueden girar las estrellas de neutrones antes de separarse de las fuerzas centrífugas y depende de la física nuclear desconocida. Los púlsares de milisegundos como J0952-0607 están girando tan rápido porque se han hecho girar al acumular materia de su compañero. Se cree que este proceso entierra el campo magnético del púlsar. Con las observaciones de rayos gamma a largo plazo, el equipo de investigación demostró que J0952-0607 tiene uno de los diez campos magnéticos más bajos jamás medidos para un púlsar, de acuerdo con las expectativas de la teoría.

Bruce Allen, Ph.D. de Nieder El supervisor y director del Instituto Albert Einstein de Hannover, agregó:

Seguiremos estudiando este sistema con rayos gamma, radio y observatorios ópticos, ya que todavía hay preguntas sin responder al respecto. Este descubrimiento también muestra una vez más que los sistemas de púlsar extremos se esconden en el catálogo de Fermi LAT.

También estamos empleando nuestro proyecto informático distribuido de ciencia ciudadana para buscar sistemas de púlsar de rayos gamma binarios en otras fuentes Fermi LAT y estamos seguros de hacer descubrimientos más emocionantes en el futuro.

El perfil de pulso (distribución de fotones de rayos gamma durante una rotación del púlsar) de J0952-0607 se muestra en la parte superior. A continuación se muestra la distribución correspondiente de los fotones individuales durante los 10 años de observaciones. La escala de grises muestra la probabilidad (pesos de fotones) de que fotones individuales se originen del púlsar. A partir de mediados de 2011, los fotones se alinean a lo largo de las pistas correspondientes al perfil de pulso. Esto muestra la detección de pulsaciones de rayos gamma, que no es posible antes de mediados de 2011. Imagen a través de L. Nieder / Instituto Max Planck de Física Gravitacional.

En pocas palabras: PSR J0952-0607 gira 707 veces por segundo, lo que lo convierte en el segundo púlsar más rápido conocido y el púlsar más rápido fuera de los cúmulos globulares. Los astrónomos acaban de descubrir que este púlsar emite rayos gamma de alta energía.

Fuente: Detección y sincronización de pulsaciones de rayos gamma del pulsar 707 Hz J0952? 0607

Via Instituto Max Planck de Física Gravitacional