Un astrofísico teórico de la Universidad de Kansas puede haber resuelto un misterio de casi dos décadas sobre los orígenes de un patrón «cebra» inusual visto en pulsos de radio de alta frecuencia de la Nebulosa del Cangrejo.
Sus hallazgos acaban de ser publicados en Physical Review Letters.
La Nebulosa del Cangrejo presenta una estrella de neutrones en su centro que se ha convertido en un púlsar de 19 kilómetros de ancho que hace girar la radiación electromagnética a través del cosmos.
«La emisión, que se asemeja a un rayo de luz de un faro, pasa repetidamente por la Tierra a medida que la estrella gira», dijo el autor principal Mikhail Medvedev, profesor de física y astronomía en KU.
«Observamos esto como una emisión pulsada, generalmente con uno o dos pulsos por rotación. El púlsar específico del que estoy hablando se conoce como el púlsar del Cangrejo, ubicado en el centro de la Nebulosa del Cangrejo a 6.000 años luz de nosotros».
La Nebulosa del Cangrejo es el remanente de una supernova que apareció en el año 1054.
«Los registros históricos, incluidos los relatos chinos, describen una estrella inusualmente brillante que aparece en el cielo», dijo el investigador de la KU.
Pero a diferencia de cualquier otro púlsar conocido, Medvedev dijo que el púlsar del Cangrejo presenta un patrón de cebra: un espaciado inusual de las bandas en el espectro electromagnético proporcional a las frecuencias de las bandas, y otras características extrañas como alta polarización y estabilidad.
«Es muy brillante, en prácticamente todas las bandas de ondas», dijo. «Este es el único objeto que conocemos que produce el patrón de cebra, y solo aparece en un único componente de emisión del púlsar del Cangrejo.
«El pulso principal es un pulso de banda ancha, típico de la mayoría de los púlsares, con otros componentes de banda ancha comunes a las estrellas de neutrones. Sin embargo, el interpulso de alta frecuencia es único, y oscila entre 5 y 30 gigahercios, frecuencias similares a las de un horno microondas».
Desde que se descubrió este patrón en un artículo de 2007, el investigador de la KU dijo que el patrón había resultado «desconcertante» para los investigadores.
«Los investigadores propusieron varios mecanismos de emisión, pero ninguno ha explicado de manera convincente los patrones observados», dijo.
Utilizando datos del púlsar del Cangrejo, Medvedev estableció un método que utiliza la óptica de ondas para medir la densidad del plasma del púlsar (el «gas» de partículas cargadas (electrones y positrones)) utilizando un patrón de franjas que se encuentra en los pulsos electromagnéticos.
«Si tienes una pantalla y pasa una onda electromagnética, la onda no se propaga en línea recta», dijo Medvedev.
«En la óptica geométrica, las sombras proyectadas por los obstáculos se extenderían indefinidamente: si estás en la sombra, no hay luz; fuera de ella, ves luz. Pero la óptica de ondas introduce un comportamiento diferente: las ondas se curvan alrededor de los obstáculos e interfieren entre sí, creando una secuencia de franjas brillantes y tenues debido a la interferencia constructiva y destructiva».
Este conocido fenómeno del patrón de franjas es causado por una interferencia constructiva constante, pero tiene características diferentes cuando las ondas de radio se propagan alrededor de una estrella de neutrones.
«Un patrón de difracción típico produciría franjas espaciadas uniformemente si tuviéramos una estrella de neutrones como escudo», dijo el investigador de la KU. «Pero aquí, el campo magnético de la estrella de neutrones genera partículas cargadas que constituyen un plasma denso, que varía con la distancia a la estrella.
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«A medida que una onda de radio se propaga a través del plasma, pasa por áreas diluidas pero es reflejada por el plasma denso. Esta reflexión varía según la frecuencia: las frecuencias bajas se reflejan en radios grandes, proyectando una sombra más grande, mientras que las frecuencias altas crean sombras más pequeñas, lo que da como resultado un espaciado diferente entre las franjas».
De esta manera, Medvedev determinó que la materia plasmática del púlsar del Cangrejo causa difracción en los pulsos electromagnéticos responsables del patrón de cebra singular de la estrella de neutrones.
«Este modelo es el primero capaz de medir esos parámetros», dijo Medvedev. «Al analizar las franjas, podemos deducir la densidad y distribución del plasma en la magnetosfera. «Es increíble porque estas observaciones nos permiten convertir las mediciones de las franjas en una distribución de la densidad del plasma, creando esencialmente una imagen o realizando una tomografía de la magnetosfera de la estrella de neutrones».
A continuación, Medvedev dijo que su teoría puede ser probada con la recopilación de más datos del púlsar del Cangrejo y afinada teniendo en cuenta sus poderosos y extraños efectos gravitacionales y de polarización. La nueva comprensión de cómo la materia del plasma altera la señal de un púlsar cambiará la forma en que los astrofísicos entienden otros púlsares.
«El púlsar del Cangrejo es algo único: es relativamente joven según los estándares astronómicos, solo tiene unos mil años y es muy energético», dijo. «Pero no está solo; conocemos cientos de púlsares, con más de una docena que también son jóvenes.
«Los púlsares binarios conocidos, que se utilizaron para probar la teoría de la relatividad general de Einstein, también pueden explorarse con el método propuesto. Esta investigación puede, de hecho, ampliar nuestra comprensión y técnicas de observación de los púlsares, en particular los jóvenes y energéticos».
Con información de arXiv
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