El 5 de octubre de 2020, el cadáver en rápida rotación de una estrella muerta hace mucho tiempo a unos 30.000 años luz de la Tierra cambió de velocidad. En un instante cósmico, su giro se hizo más lento. Y unos días después, abruptamente comenzó a emitir ondas de radio.
Gracias a las mediciones oportunas de los telescopios en órbita especializados, el astrofísico de la Universidad de Rice, Matthew Baring, y sus colegas pudieron probar una nueva teoría sobre una posible causa de la rara desaceleración, o «antifallo», de SGR 1935+2154, un tipo altamente magnético de estrella de neutrones conocida como magnetar.
En un estudio publicado este mes en Naturaleza Astronomía, Baring y los coautores utilizaron datos de rayos X de la Misión de espejos múltiples de rayos X de la Agencia Espacial Europea (XMM-Newton) y el Explorador de composición interior de estrellas de neutrones (NICER) de la NASA para analizar la rotación del magnetar. Mostraron que la desaceleración repentina podría haber sido causada por una ruptura similar a un volcán en la superficie de la estrella que arrojó un «viento» de partículas masivas al espacio. La investigación identificó cómo un viento de este tipo podría alterar los campos magnéticos de la estrella, generando condiciones que probablemente activarían las emisiones de radio que posteriormente fueron medidas por el Telescopio esférico de apertura de quinientos metros (FAST) de China.
«La gente ha especulado que las estrellas de neutrones podrían tener el equivalente de volcanes en su superficie», dijo Baring, profesor de física y astronomía. «Nuestros hallazgos sugieren que ese podría ser el caso y que, en esta ocasión, lo más probable es que la ruptura se haya producido en el polo magnético de la estrella o cerca de él».
SGR 1935+2154 y otros magnetares son un tipo de estrella de neutrones, los restos compactos de una estrella muerta que colapsó bajo la intensa gravedad. Aproximadamente una docena de millas de ancho y tan densos como el núcleo de un átomo, los magnetares giran una vez cada pocos segundos y presentan los campos magnéticos más intensos del universo.
Los magnetares emiten una radiación intensa, que incluye rayos X y, ocasionalmente, ondas de radio y rayos gamma. Los astrónomos pueden descifrar mucho sobre las estrellas inusuales a partir de esas emisiones. Al contar pulsos de rayos X, por ejemplo, los físicos pueden calcular el período de rotación de un magnetar, o la cantidad de tiempo que tarda en hacer una rotación completa, como lo hace la Tierra en un día. Los períodos de rotación de los magnetares suelen cambiar lentamente, tardando decenas de miles de años en reducirse una sola rotación por segundo.
Los fallos son aumentos abruptos en la velocidad de rotación que con mayor frecuencia son causados por cambios repentinos en las profundidades de la estrella, dijo Baring.
«En la mayoría de las fallas, el período de pulsación se acorta, lo que significa que la estrella gira un poco más rápido de lo que había sido», dijo. «La explicación del libro de texto es que, con el tiempo, las capas externas magnetizadas de la estrella se ralentizan, pero el núcleo interno no magnetizado no lo hace. Esto conduce a una acumulación de tensión en el límite entre estas dos regiones y una señal de falla. una transferencia repentina de energía de rotación desde el núcleo que gira más rápido a la corteza que gira más lentamente».
Las desaceleraciones bruscas de rotación de los magnetares son muy raras. Los astrónomos solo han registrado tres de los «antifallos», incluido el evento de octubre de 2020.
Mientras que los fallos pueden explicarse rutinariamente por cambios dentro de la estrella, es probable que los anti-fallos no lo sean. La teoría de Baring se basa en la suposición de que son causados por cambios en la superficie de la estrella y en el espacio que la rodea. En el nuevo artículo, él y sus coautores construyeron un modelo de viento impulsado por un volcán para explicar los resultados medidos del anti-fallo de octubre de 2020.
Baring dijo que el modelo usa solo física estándar, específicamente cambios en el momento angular y la conservación de la energía, para tener en cuenta la desaceleración rotacional.
«Un fuerte viento de partículas masivas que emana de la estrella durante unas pocas horas podría establecer las condiciones para la caída del período de rotación», dijo. «Nuestros cálculos mostraron que tal viento también tendría el poder de cambiar la geometría del campo magnético fuera de la estrella de neutrones».
La ruptura podría ser una formación similar a un volcán, porque «las propiedades generales de la pulsación de rayos X probablemente requieran que el viento sea lanzado desde una región localizada en la superficie», dijo.
«Lo que hace que el evento de octubre de 2020 sea único es que hubo una ráfaga de radio rápida del magnetar solo unos días después del anti-fallo, así como un encendido de la emisión de radio efímera y pulsada poco después», dijo. «Hemos visto solo un puñado de magnetares de radio pulsados transitorios, y esta es la primera vez que vemos un encendido de radio de un magnetar casi contemporáneo con un anti-fallo».
Baring argumentó que esta coincidencia de tiempo sugiere que las emisiones de radio y anti-glitch fueron causadas por el mismo evento, y tiene la esperanza de que estudios adicionales del modelo de vulcanismo proporcionen más respuestas.
«La interpretación del viento proporciona un camino para comprender por qué se enciende la emisión de radio», dijo. «Proporciona una nueva perspectiva que no hemos tenido antes».
La investigación fue apoyada por la Fundación Nacional de Ciencias (1813649), la NASA (80NSSC22K0397), el Instituto de Ciencias Avanzadas RIKEN de Japón y el Ministerio de Ciencia y Tecnología de Taiwán.
