A la Vía Láctea le falta un púlsar en su núcleo. Los astrónomos han intentado explicar esto durante años. Una de las ideas más interesantes proviene de un equipo de astrónomos en Europa e invoca la materia oscura, las estrellas de neutrones y los agujeros negros primordiales (PBH).
El astrónomo Roberto Caiozzo, de la Escuela Internacional de Estudios Avanzados de Trieste, Italia, dirigió un grupo que examinaba el problema del púlsar desaparecido. «No observamos púlsares de ningún tipo en esta región interior (a excepción del magnetar PSR J1745-2900)», escribió en un correo electrónico.
«Se pensaba que esto se debía a limitaciones técnicas, pero la observación del magnetar parece sugerir lo contrario». Ese magnetar orbita Sagitario A*, el agujero negro en el núcleo de la Vía Láctea.
El equipo examinó otras posibles razones por las que los púlsares no aparecen en el núcleo y observó de cerca la formación de magnetares, así como las perturbaciones de las estrellas de neutrones. Una idea intrigante que examinaron fue la canibalización de agujeros negros primordiales por estrellas de neutrones.
El equipo exploró el problema de los púlsares perdidos planteando la pregunta: ¿podría el canibalismo de los agujeros negros primordiales de estrellas de neutrones explicar la falta de púlsares de milisegundos detectados en el núcleo de la Vía Láctea? Echemos un vistazo a los principales actores de este misterio para comprender si esto podría suceder.
Estrellas de neutrones, púlsares y pequeños agujeros negros, ¡Dios mío!
La teoría sugiere que los agujeros negros primordiales se crearon en los primeros segundos después del Big Bang. «No se sabe que existan PBH», señala Caiozzo, «pero parecen explicar algunos fenómenos astrofísicos importantes». Señaló la idea de que los agujeros negros supermasivos parecían existir en tiempos muy tempranos del universo y sugirió que podrían haber sido las semillas de estos monstruos.
Si existen PHB, el próximo Telescopio Romano Nancy Grace podría ayudar a encontrarlos. Los astrónomos predicen que podrían existir en una variedad de masas, que van desde la masa de un alfiler hasta alrededor de 100.000 la masa del sol. En el medio podría haber una gama intermedia de ellos, los llamados PBH de «masa de asteroide». Los astrónomos sugieren estos últimos como candidatos a materia oscura.
La materia oscura constituye aproximadamente el 27% del universo, pero más allá de sugerir que el PBH podría ser parte del contenido de materia oscura, los astrónomos aún no saben exactamente qué es. Parece haber una gran cantidad en el núcleo de nuestra galaxia. Sin embargo, no ha sido observado directamente, por lo que se infiere su presencia. ¿Está ligado a esos PBH de rango medio? Nadie sabe.
El tercer actor en este misterio del púlsar desaparecido son las estrellas de neutrones. Son enormes y temblorosas bolas de neutrones que quedan tras la muerte de una estrella supergigante de entre 10 y 25 masas solares. Las estrellas de neutrones comienzan muy calientes (en el rango de 10 millones K) y se enfrían con el tiempo.
Comienzan girando muy rápido y generan campos magnéticos. Algunos emiten haces de radiación (normalmente en radiofrecuencias) y, a medida que giran, esos haces aparecen como «pulsos» de emisión. Eso les valió el apodo de «púlsar». Las estrellas de neutrones con campos magnéticos extremadamente potentes se denominan «magnetares».
El problema del púlsar perdido
Los astrónomos han buscado púlsares en el núcleo de la Vía Láctea sin mucho éxito. Estudio tras estudio no detectó ningún púlsar de radio dentro de los 25 pársecs internos del núcleo de la galaxia. ¿Porqué es eso? Caizzo y sus coautores sugirieron en su artículo, publicado en el servidor de preimpresión arXiv, que la formación de magnetares y otras interrupciones de las estrellas de neutrones que afectan la formación de púlsares no explican exactamente la ausencia de estos objetos en el núcleo galáctico.
«La formación eficiente de magnetares podría explicar esto (debido a su vida más corta)», dijo, «pero no hay ninguna razón teórica para esperar esto. Otra posibilidad es que los púlsares de alguna manera estén perturbados de otras maneras».
Por lo general, la disrupción ocurre en sistemas estelares binarios donde una estrella es más masiva que la otra y explota como una supernova. La otra estrella puede explotar o no. Algo podría expulsarlo por completo del sistema. La estrella de neutrones superviviente se convierte en un púlsar «perturbado». No son tan fáciles de observar, lo que podría explicar la falta de detecciones de radio.
Si la compañera no es expulsada y luego se hincha, su materia es absorbida por la estrella de neutrones. Esto hace girar la estrella de neutrones y afecta el campo magnético. Si la segunda estrella permanece en el sistema, luego explota y se convierte en una estrella de neutrones. El resultado es una estrella de neutrones binaria. Esta alteración puede ayudar a explicar por qué el núcleo galáctico parece estar desprovisto de púlsares.
Utilizando la captura de agujeros negros primordiales para explicar los púlsares desaparecidos
El equipo de Caizzo decidió utilizar modelos bidimensionales de púlsares de milisegundos (es decir, púlsares que giran extremadamente rápido) como forma de investigar la posibilidad de captura de un agujero negro primordial en el núcleo galáctico.
El proceso funciona así: un púlsar de milisegundos interactúa de alguna manera con un agujero negro primordial que tiene menos de una masa estelar. Finalmente, la estrella de neutrones (que tiene una atracción gravitacional lo suficientemente fuerte como para atraer al PBH) captura el agujero negro. Una vez que eso sucede, el PBH se hunde hasta el núcleo de la estrella de neutrones. Dentro del núcleo, el agujero negro comienza a acumular materia de la estrella de neutrones.
Al final, todo lo que queda es un agujero negro con aproximadamente la misma masa que la estrella de neutrones original. Si esto ocurre, podría ayudar a explicar la falta de púlsares en los pársecs internos de la Vía Láctea.
¿Podría pasar esto? El equipo investigó las posibles tasas de captura de PBH por parte de estrellas de neutrones. También calcularon la probabilidad de que una determinada estrella de neutrones colapsara y evaluaron la tasa de perturbación de los púlsares en el núcleo galáctico. Si no todos los púlsares interrumpidos son o fueron parte de sistemas binarios, entonces eso deja la captura de PBH por estrellas de neutrones como otra forma de explicar la falta de púlsares en el núcleo. Pero, ¿sucede en la realidad?
La tensión del púlsar perdida continúa
Resulta que tal canibalismo no puede explicar el problema del púlsar perdido, según Caizzo. «Descubrimos que en nuestro modelo actual los PBH no son capaces de alterar estos objetos, pero esto sólo considera nuestro modelo simplificado de interacciones de dos cuerpos», dijo. No descarta la existencia de PHB, solo que en casos específicos dicha captura no ocurre.
Entonces, ¿qué queda por examinar? Si hay PHB en los núcleos y se están fusionando, nadie los ha visto todavía. Pero el centro de la galaxia es un lugar muy concurrido. Muchos cuerpos se agolpan en los pársecs centrales. Hay que calcular los efectos de todos esos objetos interactuando en un espacio tan pequeño. Ese problema de la «dinámica de muchos cuerpos» tiene que tener en cuenta otras interacciones, así como la dinámica y la captura de PBH.
Los astrónomos que quieran utilizar fusiones de estrellas de neutrones y PBH para explicar la falta de observaciones de púlsares en el núcleo de la galaxia necesitarán comprender mejor tanto las observaciones propuestas como las poblaciones más grandes de púlsares.
El equipo sugiere que futuras observaciones de viejas estrellas de neutrones cercanas a Sgr A* podrían resultar muy útiles. Ayudarían a establecer límites más estrictos en la cantidad de PBH en el núcleo. Además, sería útil tener una idea de las masas de estos PBH, ya que aquellos en el extremo inferior (tipos de masa de asteroides) podrían interactuar de manera muy diferente.
Con información de arXiv
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