La luz más energética jamás observada de una estrella de neutrones

La estrella de neutrones (esfera roja), con sus fuertes campos magnéticos (líneas blancas) gira alrededor de sí misma casi 30 veces por segundo inyectando electrones energéticos en la región del espacio alrededor de ella. Las regiones verdes y azules sombreadas representan diferentes zonas de aceleración de partículas, desde donde los fotones detectados podrían originarse. La zona verde se encuentra en las cercanías de la magnetosfera del pulsar, mientras que la zona azul podría ser en la medida de hasta 100.000 km del púlsar. Crédito: Patricia Carcelén Marco

Los científicos que trabajan con el (MAGIC) observatorio Major Atmospheric Gamma-ray Imaging Cherenkov han reportado el descubrimiento de la radiación más energética de emisión de púlsar jamás detectada de la estrella de neutrones en el centro de la supernova de 1054, conocido como el púlsar del Cangrejo.

El púlsar del Cangrejo es el cadáver que queda cuando la estrella que creó la Nebulosa del Cangrejo explotó como una supernova. Tiene una masa de 1,5 la masa del Sol concentrada en unos 10 kilómetros diámetro, gira 30 veces por segundo, y está rodeado por una región de intensa campo magnético diez mil millones de veces más fuerte que la del Sol. Este campo es lo suficientemente fuerte como para dominar el movimiento de las cargas y las obliga a girar a la misma velocidad que la superficie estelar. Esta región es llamada la magnetosfera. La rotación del campo magnético también genera intensos campos eléctricos que, literalmente, desgarran los electrones de la superficie. A medida que estos electrones acelerados fluyen hacia el exterior, producen haces de radiación que recibimos cada vez que el haz atraviesa nuestra línea de visión, como un faro.

En 2011, los observatorios de MAGIC y VERITAS descubrieron inesperados fotones muy energéticos. Emma de Oña Wilhelmi del Instituto de Ciencias del Espacio (IEEC-CSIC, Barcelona) e investigadora principal de este programa de observación dice: "Se realizó una profunda observación del púlsar del Cangrejo con MAGIC para entender este fenómeno, esperando medir la energía máxima de los fotones pulsantes". Roberta Zanin de (ICCUB-IEEC, Barcelona) continúa: "Las nuevas observaciones amplían la observación por encima de las energías de electronvoltio (TeV), es decir, varias veces más energía que la medición anterior, violando todos los modelos de la teoría que se consideren en el trabajo en estrellas de neutrones ".

Los fotones llegan en dos haces precisos que deben ser creados lejos de la superficie de la estrella de neutrones: en el extremo de la magnetosfera o fuera de ella, en el viento ultra-relativista de partículas alrededor del púlsar, para poder acelerar los electrones a estas energías y para escapar de la gran absorción en la atmósfera magnetizada. Pero es muy sorprendente que los haces TeV llegan al mismo tiempo que las ondas de radio y de rayos X, los cuales son muy probables que se produzcan dentro de la magnetosfera. Esta estrecha sincronización de los haces a diferentes energías implica que la radiación luminosa observada en el espectro de múltiples longitudes de onda se produce por completo en una bastante pequeña región. Alternativamente se puede decir que los electrones responsables de la radiación TeV mantienen de alguna manera la memoria de los haces de baja energía.

Daniel Galindo Fernández (ICCUB-IEEC, Barcelona) dice: "¿Dónde y cómo esta emisión TeV se crea permanece aún desconocida y difícil de explicar con las teorías estándar." y David Carreto Fidalgo de la Universidad Complutense de Madrid añade: "Pero, ¿cómo y dónde se consigue este efecto en una región tan pequeña desafía nuestro conocimiento de la física".

MAGIC vocero Razmik Mirzoyan del Instituto Max Planck de Física (MPP) en Múnich (Alemania) dice: "Este es otro resultado muy importante logrado por MAGIC en este objeto celeste desconcertante, que por cierto, además del Sol es el más investigado en toda la energía rangos. De ahí que desde el inicio de la operación del experimento MAGIC en 2004, hemos estado observando intensamente la Nebulosa del Cangrejo y el púlsar del Cangrejo. Revelamos características significativas de este enigmático objeto proporcionando así aportación sustancial de nuestra teoría. MAGIC ha sido diseñado para ser el instrumento más adecuado para trabajar estas imágenes con telescopios Cherenkov atmosféricos y así realizar este tipo de observaciones".

El Púlsar del Cangrejo

El púlsar del Cangrejo, creado en una explosión de supernova que tuvo lugar en el año 1054 d.C, se encuentra a una distancia de unos 6.500 años luz en el centro de una nebulosa magnetizada visible en la constelación de Tauro. El Cangrejo es el púlsar más poderoso en nuestra galaxia y es uno de los pocos púlsares detectados en todas las longitudes de onda, desde la radio hasta los rayos gamma. En su campo magnético giratorio, electrones y positrones son acelerados hasta energías relativistas y emiten radiación que llega a nuestros telescopios en la forma de pulsos de cada 33 milisegundos, cada vez que la estrella de neutrones gira y se cruza con nuestra mira telescópica. Antes de la medición MAGIC esta radiación se creía que paraba abruptamente cuando los fotones alcanzaban una energía de unos pocos miles de millones de veces más grande que la luz visible.

Telescopios MAGIC

MAGIC es un instrumento de rayos gamma con base en tierra situado en la isla canaria de La Palma, España. El sistema de dos telescopios Cherenkov de 17m de diámetro y es actualmente uno de los tres principales instrumentos Cherenkov atmosféricos de imagen en el mundo. Está diseñado para detectar rayos gamma de decenas de miles de millones a decenas de veces billones más energéticas que la luz visible. MAGIC ha sido construido con el esfuerzo conjunto de una colaboración en gran parte de Europa, que incluye cerca de 160 investigadores de Alemania, España, Italia, Suiza, Polonia, Finlandia, Bulgaria, Croacia, India y Japón.