El Laboratorio de Investigación Naval de EE. UU. (NRL), junto con la Colaboración internacional del Telescopio de Gran Área Fermi, anuncian el descubrimiento de casi 300 púlsares de rayos gamma en la publicación de su Tercer Catálogo de Púlsares de Rayos Gamma. Este hito se produce 15 años después del lanzamiento de Fermi en 2008, cuando se conocían menos de diez púlsares de rayos gamma.
«Nuestro grupo lleva años trabajando en este importante catálogo», dijo Paul Ray, Ph.D., jefe de la Sección de Aplicaciones y Astrofísica de Altas Energías del NRL. «Nuestros científicos y postdoctorados han podido descubrir y analizar el comportamiento temporal y los espectros de muchos de estos púlsares recién descubiertos como parte de nuestra búsqueda para mejorar nuestra comprensión de estas estrellas exóticas que podemos utilizar como relojes cósmicos».
Los púlsares se forman cuando estrellas masivas han agotado su suministro de combustible y se vuelven incapaces de resistir la atracción interna de su propia gravedad. Esto da como resultado que la estrella colapse en una estrella de neutrones magnetizada, densa y giratoria. Sus campos magnéticos giratorios envían rayos de rayos gamma, la forma de luz más energética. A medida que estos rayos recorren la Tierra, el altamente sensible telescopio de rayos gamma Fermi puede observar sus pulsos de energía periódicos. Con más de 15 años de datos, Fermi ha transformado el campo de la investigación de púlsares.
«Estamos muy entusiasmados con la cantidad de púlsares de milisegundos (MSP) que hemos podido detectar utilizando estos rayos gamma», dijo Matthew Kerr, Ph.D., astrofísico del NRL.
«Podemos estudiar estos objetos que comenzaron como púlsares jóvenes en un sistema binario. Como una peonza, con el tiempo se desaceleraron y se volvieron inertes. Durante los últimos cientos de millones de años, sus compañeros binarios arrojaron materia sobre ellos, causando su «La velocidad aumentará de nuevo, de manera muy dramática y mucho más rápida que antes, «reciclando» estos púlsares en MSP. Estos MSP de alta velocidad son ahora algunos de los cronometradores más precisos de la Naturaleza».
Los científicos han estado utilizando estos relojes cósmicos en experimentos llamados Pulsar Timing Arrays. Al buscar pequeñas desviaciones en los tiempos en que llegan los pulsos, los científicos han podido buscar ondas en el espacio-tiempo. Estas ondas, conocidas como ondas gravitacionales, se producen cuando objetos muy masivos, como los púlsares, aceleran muy rápidamente. Las fuentes de ondas gravitacionales muy fuertes indican una colisión cataclísmica de objetos densos y compactos, como estrellas de neutrones y agujeros negros.
Recientemente, varias colaboraciones de matrices de sincronización de púlsares, incluidos varios investigadores del NRL, publicaron la primera evidencia convincente de ondas gravitacionales de muy baja frecuencia, probablemente provenientes de la fusión de agujeros negros supermasivos. «Estos son resultados muy interesantes», dijo Thankful Cromartie, Ph.D., investigador asociado del Consejo Nacional de Investigación en NRL. «Estas ondas gravitacionales de baja frecuencia nos permiten observar los centros de galaxias masivas y comprender mejor cómo se formaron».
Los resultados de la matriz de sincronización del púlsar también tienen aplicaciones prácticas críticas. Las distorsiones del espacio-tiempo establecen un límite a la precisión con la que podemos utilizar los púlsares para la navegación y la sincronización críticas. En la navegación basada en púlsares, estos púlsares giratorios desempeñan prácticamente el mismo papel que los satélites GPS, pero podemos utilizarlos mucho más allá de la órbita de la Tierra. «Ahora sabemos dónde está el límite último de estabilidad», dijo el Dr. Ray.
El uso de las capacidades de detección de rayos gamma de Fermi también está teniendo un impacto en el trabajo de la matriz de sincronización del púlsar. «Anteriormente, una vez que encontrábamos una MSP, teníamos que entregársela a los radioastrónomos para que la monitorearan con enormes telescopios», dijo el Dr. Kerr. «Lo que hemos descubierto es que Fermi es lo suficientemente sensible por sí solo como para limitar estas ondas gravitacionales y, a diferencia de las ondas de radio, que se curvan como la luz en un prisma cuando viajan a la Tierra, los rayos gamma se disparan directamente hacia nosotros. Esto reduce el potencial errores de medición sistémicos.»
Para Megan DeCesar, Ph.D., científica de la Universidad George Mason que trabaja en el NRL, el aspecto más intrigante del nuevo trabajo es el dramático aumento de los púlsares «araña». «Los púlsares araña llevan el nombre de arácnidos que se comen a sus compañeros más pequeños», dijo DeCesar.
«Algo similar puede suceder cuando una estrella de neutrones y su compañera binaria están muy cerca una de otra y el proceso de ‘reciclaje’ de MSP se deja llevar un poco. La intensa radiación y el viento de partículas del púlsar corroen la superficie de la otra estrella , lo que resulta en una bola de material evaporado».
En comparación con las observaciones de radio, Fermi es particularmente hábil en encontrar estas «arañas», ya que, en muchos casos, las ondas de radio quedan eclipsadas cuando el haz del púlsar pasa por los restos de la estrella compañera. Los rayos gamma, sin embargo, son capaces de atravesarlo. «Si bien puede ser que los sistemas de arañas también sean intrínsecamente más brillantes en rayos gamma, estudiarlos nos ayudará a comprender sus orígenes y la bonanza de descubrimientos que hemos hecho con Fermi», dijo DeCesar.
El tercer catálogo de púlsares de rayos gamma se publica en The Astrophysical Journal, Suplemento. Con su forma consistente, esta recopilación de la información más reciente sobre los púlsares de rayos gamma debería resultar invaluable para la comunidad científica.
Con información de The Astrophysical Journal
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