Mediciones de precisión ofrecen pistas al origen de los magnetares

Un equipo internacional de astrónomos ha utilizado un potente conjunto de radiotelescopios para descubrir nuevos datos sobre un magnetar que tiene sólo unos pocos cientos de años. Al capturar mediciones precisas de la posición y la velocidad del magnetar, surgen nuevas pistas sobre su trayectoria de desarrollo. Cuando una estrella de masa relativamente alta colapsa al final de su vida y explota como una supernova, puede dejar atrás una estrella superdensa llamada estrella de neutrones. Las fuerzas extremas durante su formación a menudo hacen que las estrellas de neutrones giren muy rápidamente, emitiendo rayos de luz como un faro. Cuando ese rayo está alineado de tal manera que es visible desde la Tierra, la estrella también se llama púlsar. Y, cuando una estrella de neutrones se forma con un giro rápido como el de un púlsar y un campo magnético miles de veces más fuerte que una estrella de neutrones típica, se le da la designación de magnetar. Estas estrellas contienen aproximadamente el doble de la masa de nuestro Sol en un tamaño físico en la escala de decenas de kilómetros: el tamaño de una ciudad. Aunque existen muchas similitudes entre las estrellas de neutrones, los púlsares y los magnetares, los astrónomos aún no saben qué condiciones hacen que estas estrellas extremas evolucionen siguiendo trayectorias tan distintas. Ahora, un equipo de astrónomos dirigido por Hao Ding del Observatorio VLBI de Mizusawa, Observatorio Astronómico Nacional de Japón, ha utilizado el Very Long Baseline Array (VLBA) del Observatorio Nacional de Radioastronomía (NRAO) de la Fundación Nacional de Ciencias (NSF) de Estados Unidos para determinar las características clave de un magnetar recién descubierto con niveles de precisión sin precedentes. En la actualidad, hay 30 magnetares confirmados, pero solo 8 de ellos son lo suficientemente similares como para ser relevantes para este estudio. Ding y su equipo utilizaron el VLBA de la NSF durante un período de 3 años para recopilar datos sobre la posición y la velocidad del magnetar Swift J1818.0-1617, que se descubrió a principios de 2020. Se cree que Swift J1818.0-1617 es el magnetar más joven descubierto hasta ahora y es el que gira más rápido, con un período de rotación de 1,36 segundos. Swift J1818.0-1617 se encuentra en la constelación de Sagitario. Situado al otro lado del bulbo galáctico central (dentro de la Vía Láctea) y a solo 22.000 años luz de distancia, su posición es relativamente cercana a la Tierra. Lo suficientemente cerca, de hecho, como para utilizar el método de paralaje para determinar con precisión su ubicación tridimensional dentro de la galaxia. (El método de paralaje calcula la distancia utilizando el cambio aparente en la posición de un objeto con respecto a objetos distantes conocidos de fondo.) La vida útil de un magnetar es desconocida en este momento, pero los astrónomos estiman que Swift J1818.0-1617 tiene solo unos pocos cientos de años. Las brillantes emisiones de rayos X de un magnetar requieren un mecanismo de salida de energía extremadamente alta; solo la rápida descomposición de su intenso campo magnético puede explicar la potencia detrás de estas firmas espectrales. Pero ese también es un proceso extremo. Para las estrellas ordinarias de la secuencia principal, las estrellas azules brillantes viven vidas muy cortas porque queman su combustible mucho más rápido que sus hermanas amarillas. La física es diferente para los magnetares, pero es probable que también tengan vidas más cortas que sus parientes púlsares. "Los magnetares son muy jóvenes, porque no pueden seguir emitiendo energía a este ritmo durante mucho tiempo", explica Ding. Además, los magnetares también pueden exhibir emisiones en el extremo inferior del espectro electromagnético, en longitudes de onda de radio. En estos casos, la fuente de energía es probablemente la radiación de sincrotrón del giro rápido del magnetar. En la radiación de sincrotrón, el plasma que rodea a la propia estrella de neutrones está tan firmemente envuelto contra la superficie de la estrella que gira a una velocidad casi igual a la de la luz, generando emisiones en longitudes de onda de radio. Estas emisiones de radio fueron detectadas por el VLBA de la NSF durante tres años de observaciones. "El VLBA nos proporcionó una resolución angular excelente para medir esta diminuta paralaje", dice Ding en un comunicado. "La resolución espacial no tiene paralelo". Los resultados, publicados en agosto de 2024, detallan que el paralaje de Swift J1818.0-1617 es uno de los más pequeños para las estrellas de neutrones, y su llamada velocidad transversal es la más pequeña (un nuevo límite inferior) entre los magnetares. La velocidad en astronomía se describe más fácilmente como si tuviera dos componentes o direcciones. Su velocidad radial describe qué tan rápido se mueve a lo largo de la línea de visión, que en este caso significa a lo largo del radio de la galaxia. En el caso de un magnetar como Swift J1818.0-1617, ubicado al otro lado del bulbo central, hay demasiado material en el camino como para determinar con precisión la velocidad radial. La velocidad transversal, a veces llamada velocidad peculiar, describe el movimiento perpendicular al plano de la galaxia y es más fácil de discernir. Mientras los astrónomos intentan comprender los procesos de formación que son comunes (y los que son diferentes) entre las estrellas de neutrones "regulares", los púlsares y los magnetares, esperan utilizar mediciones precisas de la velocidad transversal para ayudar a analizar las condiciones que hacen que una estrella evolucione por uno de estos tres caminos. Ding afirma que este estudio refuerza la teoría de que es poco probable que los magnetares se formen en las mismas condiciones que los púlsares jóvenes, lo que sugiere que los magnetares surgen mediante procesos de formación más exóticos. "Necesitamos saber a qué velocidad se movía el magnetar cuando recién nació", dice Ding. "El mecanismo de formación de los magnetares sigue siendo un misterio que nos gustaría comprender".