14 de mayo de 2014

El misterio del magnétar

Tanto los púlsares como los cuásares son objetos bastante extraños que podemos encontrar en algunos lugares del universo. Pero la palma de la extrañeza se la llevan los magnétares: además de saber que son los extraños remanentes superdensos de explosiones de supernovas, poco más conocemos de ellos.

Por sus características sabemos de los magnétar que son un tipo de estrella de neutrones y al igual que éstas, surgen a raíz de la explosión de una estrella en forma de supernova. Pero en lugar de convertirse en un agujero negro, se transforma en una de estas exóticas estrellas.

Impresión artística de un magnétar. Créditos: ESO/L. Calçada.

Al igual que las estrellas de neutrones, los magnétar tienen una densidad enorme, del orden de cientos de millones de toneladas por centímetro cúbico de materia. Y como comprenderéis, la denominación de magnétar no le fue puesta por casualidad: también tienen campos magnéticos extremadamente potentes. En la superficie de estos objetos se liberan grandes cantidades de rayos gamma cuando en ellas sucede el fenómeno conocido como "starquake" o terremoto estelar, producto de las enormes tensiones que existen cerca de la superficie.

Westerlund 1

Por otro lado, en 1961 y desde Australia, fue descubierto el cúmulo abierto Westerlund 1 por el astrónomo sueco Bengt Westerlund. El cúmulo, situado a 16.000 años luz en dirección a la constelación austral de Ara está detrás de una nube interestelar de gas y polvo lo que hace que su luz se atenúe en un factor 100.000.

Una vez tuvimos las herramientas para analizar el cúmulo "esquivando" la nube de gas y polvo, Westerlund 1 resultó ser un "pozo de conocimiento" de los magnétares. Allí se encuentra uno de los poco más de 20 conocidos en nuestra Vía Láctea cuyo nombre resulta difícil de memorizar: CXOU J164710.2-455216. Este magnétar es un objeto especialmente intrigante, y no precisamente por lo complejo de su nombre.

El misterioso CXOU J164710.2-455216

Simon Clark de la Open University (Reino Unido), autor principal del artículo que plasma estos resultados afirma que "en nuestro anterior trabajo (“A VLT/FLAMES survey for massive binaries in Westerlund 1: II. Dynamical constraints on magnetar progenitor masses from the eclipsing binary W13”, por B. Ritchie et al.; Astronomy & Astrophysics, Agosto 2010) demostramos que el magnétar del cúmulo Westerlund 1 ("On the massive stellar population of the Super Star Cluster Westerlund 1" por J.S. Clark et al.; Marzo 2005) debe haber nacido de la explosiva muerte de una estrella con unas 40 veces la masa del Sol. Pero este hecho representa un problema en sí mismo, ya que se supone que, tras morir, las estrellas tan masivas colapsan para formar agujeros negros, no estrellas de neutrones. No entendíamos cómo podía haberse transformado en magnetar".

La solución propuesta a la formación del magnétar fue la siguiente: se pudo haber formado debido a las interacciones de dos estrellas muy masivas en órbita una en torno a la otra, en un sistema binario tan compacto que encajaría dentro de la órbita de la Tierra alrededor del Sol. El problema era que no se había detectado niguna estrella acompañante a este magnetar de Westerlund 1.

Utilizando el VLT (Very Large Telescope) del ESO, los astrónomos se decidieron a buscar esta estrella que pudo escapar de su posición debido a una explosión de supernova, esto es, buscaban "estrellas fugitivas". Y de este modo hallaron la estrella Cl*Westerlund 1W5, más conocida como Westerlund 1-5, encajando con los patrones buscados.

La extraña compañera

Ben Ritchie de la Open University (Reino Unido), coautor del artículo, añade que "no es sólo que esta estrella tenga la alta velocidad esperada si está siendo impulsada por una explosión de supernova, sino que además parece imposible replicar, en una estrella individual, las condiciones de baja masa, alta luminosidad y abundancia de carbono en la composición, una pista que indica que debe haberse formado, originalmente, con una compañera binaria".

Con este hallazgo se ha podido reconstruir la historia de estas dos estrellas para que una de ellas acabase en magnétar y no en un agujero negro. Resumiendo esta historia podemos decir que cuando la estrella más masiva de la pareja se va quedando sin combustible, transfiere sus capas más externas a su compañera, haciéndola girar más y más rápido, siendo esta rotación algo fundamental para generar un campo magnético extremadamente intenso y, por lo tanto, la compañera menos masiva inicialmente, se convierta en magnétar.

Imagen del cúmulo estelar Westerlund 1 tomada con el instrumento Wide Field Imager, instalado en el telescopio MPG/ESO de 2,2 metros en el Observatorio La Silla de ESO (Chile). Pese a que la mayor parte de las estrellas del cúmulo son estrellas supergiantes azules muy calientes, en esta imagen aparecen en colores rojizos debido a que su luz nos llega tras haber atravesado el gas y el polvo interestelar. En la imagen se marca la posición del magnétar y de la estrella compañera Westerlund 1-5. Créditos: ESO.

En una segunda etapa, y como resultado a la transferencia de materia, la propia compañera llega a ser tan masiva que se invierten los papeles y es ésta la que ahora pierde masa, evitando así convertirse en agujero negro.

Francisco Najarro del Centro de Astrobiología (CSIC-INTA) y miembro del equipo de investigación destaca que "este proceso de intercambio de material ha sido el que ha proporcionado a Westerlund 1-5 su firma química única, y el que ha permitido que la masa de su compañera encoja a niveles lo suficientemente bajos como para que nazca un magnétar en lugar de un agujero negro".

Pero... ¿qué ocurre cuando la estrella magnétar sigue perdiendo masa? Dejará de girar tan rápidamente y ya no será un magnétar? Najarro ofrece la respuesta en exclusiva para LPDLC. "La respuesta viene dada por la relación de masas entre las estrellas A/B. Tiene que ser cercana a 1, pero no demasiado", siendo B el magnétar.

"Si la relación se acerca mucho a 1, se revierte el orden de explosión, explotaría la estrella A. Si la diferencia de masas iniciales es grande y se aleja de 1, se produce un proceso de rejuvenecimiento. Este rejuvenecimiento es clave para la pérdida de momento angular cuando la estrella B -menos masiva inicialmente-, se convierte en la más masiva. Si rejuvenece, amplía su tiempo de evolución y le da tiempo a perder más masa y momento angular", afirma Najarro.

¿Qué ocurre cuando las masas son parecidas? "Si las masas son parecidas entonces no se produce rejuvenecimiento y la estrella B que ha ganado masa finaliza su quema de hidrógeno en el núcleo con un momento angular alto, algo fundamental para formar el magnetar", finaliza Najarro.

Así pues, parece fundamental a la hora de formar un magnetar la presencia de una estrella doble, lo que provoca un gran giro debido a la transferencia de masa, siendo ese giro el causante del campo magnético que caracteriza a estos extraños astros. Luego, la estrella "engordada", vuelve a transferir masa evitando convertirse en un agujero negro. Y así, puede haber quedado resuelto el misterio...
La investigación con todos los datos aparecerá en la revista Astronomy and Astrophysics con el título “A VLT/FLAMES survey for massive binaries in Westerlund 1: IV.Wd1-5 binary product and a pre-supernova companion for the magnetar CXOU J1647-45” por J. S. Clark et al. El mismo equipo publicó un primer estudio de este objeto en 2006 (“A Neutron Star with a Massive Progenitor in Westerlund 1” by M. P. Muno et al., Astrophysical Journal, 636, L41).

El equipo está compuesto por Simon Clark y Ben Ritchie (The Open University, Reino Unido), Francisco Najarro (Centro de Astrobiología, España), Norbert Langer (Universidad de Bonn, Alemania, y Universidad de Utrecht, Países Bajos) e Ignacio Negueruela (Universidad de Alicante, España).
Nota de prensa:


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