Los astrónomos encuentran evidencia del púlsar más poderoso en una galaxia distante


Los astrónomos que analizan los datos del VLA Sky Survey (VLASS) han descubierto una de las estrellas de neutrones más jóvenes conocidas: el remanente superdenso de una estrella masiva que explotó como una supernova. Las imágenes del Karl G. Jansky Very Large Array (VLA) de la Fundación Nacional de Ciencias indican que la brillante emisión de radio impulsada por el campo magnético giratorio del púlsar ha surgido recientemente de detrás de una densa capa de escombros de la explosión de la supernova.

Arriba a la izquierda: una estrella azul gigante, mucho más masiva que nuestro Sol, ha consumido, a través de la fusión nuclear en su centro, todo su hidrógeno, helio y elementos más pesados hasta el hierro. Ahora tiene un pequeño núcleo de hierro (punto rojo) en su centro. A diferencia de las primeras etapas de la fusión, la fusión de los átomos de hierro absorbe energía, en lugar de liberarla. La energía liberada por la fusión que ha sostenido a la estrella contra su propio peso ahora se ha ido, y la estrella colapsará rápidamente, provocando una explosión de supernova. Arriba a la derecha: el colapso ha comenzado, produciendo una estrella de neutrones superdensa con un fuerte campo magnético en su centro (recuadro). La estrella de neutrones, aunque contiene alrededor de 1,5 veces la masa del Sol, es solo del tamaño de Manhattan. Abajo a la izquierda: la explosión de la supernova ha expulsado una capa de escombros que se mueve rápidamente hacia el espacio interestelar. En esta etapa, la capa de escombros es lo suficientemente densa como para ocultar cualquier onda de radio que provenga de la región de la estrella de neutrones. que las ondas de radio del interior puedan escapar. Esto permitió que las observaciones del VLA Sky Survey detectaran emisiones de radio brillantes creadas a medida que el poderoso campo magnético de la estrella de neutrones que gira rápidamente barre el espacio circundante, acelerando las partículas cargadas. Este fenómeno se llama nebulosa de viento púlsar. Crédito: Melissa Weiss, NRAO/AUI/NSF

El objeto, llamado VT 1137-0337, se encuentra en una galaxia enana a 395 millones de años luz de la Tierra. Apareció por primera vez en una imagen VLASS realizada en enero de 2018. No apareció en una imagen de la misma región realizada por el FIRST Survey de VLA en 1998. Continuó apareciendo en observaciones posteriores de VLASS en 2018, 2019, 2020 y 2022 .

«Lo más probable es que veamos una nebulosa de viento púlsar», dijo Dillon Dong, un graduado de Caltech que comenzará una beca posdoctoral Jansky en el Observatorio Nacional de Radioastronomía (NRAO) a finales de este año. Una nebulosa de viento púlsar se crea cuando el poderoso campo magnético de una estrella de neutrones que gira rápidamente acelera las partículas cargadas circundantes a casi la velocidad de la luz.

«Según sus características, este es un púlsar muy joven, posiblemente tan joven como solo 14 años, pero no mayor de 60 a 80 años», dijo Gregg Hallinan, asesor de doctorado de Dong en Caltech.

Los científicos informaron sobre sus hallazgos en la reunión de la Sociedad Astronómica Estadounidense en Pasadena, California.

Dong y Hallinan descubrieron el objeto en los datos de VLASS, un proyecto de NRAO que comenzó en 2017 para inspeccionar todo el cielo visible desde el VLA, alrededor del 80 por ciento del cielo. Durante un período de siete años, VLASS está realizando un escaneo completo del cielo tres veces, con uno de los objetivos para encontrar objetos transitorios. Los astrónomos encontraron VT 1137-0337 en el primer escaneo VLASS de 2018.

La comparación de ese escaneo VLASS con los datos de un estudio del cielo VLA anterior llamado FIRST reveló 20 objetos transitorios particularmente luminosos que podrían estar asociados con galaxias conocidas.

«Este se destacó porque su galaxia está experimentando un estallido de formación de estrellas, y también por las características de su emisión de radio», dijo Dong. La galaxia, llamada SDSS J113706.18-033737.1, es una galaxia enana que contiene alrededor de 100 millones de veces la masa del Sol.

Al estudiar las características de VT 1137-0337, los astrónomos consideraron varias explicaciones posibles, incluida una supernova, un estallido de rayos gamma o un evento de interrupción de las mareas en el que una estrella es destrozada por un agujero negro supermasivo. Llegaron a la conclusión de que la mejor explicación es una nebulosa de viento púlsar.

Imágenes VLA de la ubicación de VT 1137-0337 en 1998, izquierda, y 2018, derecha. El objeto se hizo visible para el VLA en algún momento entre estas dos fechas. Crédito: Dong & Hallinan, NRAO/AUI/NSF

En este escenario, una estrella mucho más masiva que el Sol explotó como una supernova, dejando atrás una estrella de neutrones. La mayor parte de la masa de la estrella original fue expulsada como una capa de escombros. La estrella de neutrones gira rápidamente y, a medida que su poderoso campo magnético barre el espacio circundante, acelera las partículas cargadas, provocando una fuerte emisión de radio.

Inicialmente, la emisión de radio estaba bloqueada de la vista por la capa de escombros de la explosión. A medida que ese caparazón se expandía, se hizo progresivamente menos denso hasta que eventualmente las ondas de radio de la nebulosa de viento púlsar pudieron atravesarlo.

«Esto sucedió entre la PRIMERA observación en 1998 y la observación VLASS en 2018», dijo Hallinan.

Probablemente el ejemplo más famoso de una nebulosa de viento púlsar es la Nebulosa del Cangrejo en la constelación de Tauro, el resultado de una supernova que brilló intensamente en el año 1054. El Cangrejo es fácilmente visible hoy en día con telescopios pequeños.

«El objeto que hemos encontrado parece ser aproximadamente 10.000 veces más energético que el Cangrejo, con un campo magnético más fuerte», dijo Dong. «Es probable que sea un ‘súper Cangrejo’ emergente», agregó.

Si bien Dong y Hallinan consideran que VT 1137-0337 probablemente sea una nebulosa de viento púlsar, también es posible que su campo magnético sea lo suficientemente fuerte como para que la estrella de neutrones califique como magnetar, una clase de objetos supermagnéticos. Los magnetares son uno de los principales candidatos para el origen de las misteriosas ráfagas rápidas de radio (FRB), ahora bajo un intenso estudio.

«En ese caso, este sería el primer magnetar atrapado en el acto de aparecer, y eso también es extremadamente emocionante», dijo Dong.

De hecho, se ha descubierto que algunas ráfagas de radio rápidas están asociadas con fuentes de radio persistentes, cuya naturaleza también es un misterio. Tienen un gran parecido en sus propiedades con VT 1137-0337, pero no han mostrado evidencia de una gran variabilidad.

«Nuestro descubrimiento de una fuente de encendido muy similar sugiere que las fuentes de radio asociadas con las FRB también pueden ser nebulosas luminosas de viento púlsar», dijo Dong.

Los astrónomos planean realizar más observaciones para aprender más sobre el objeto y monitorear su comportamiento a lo largo del tiempo.

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