¿Se ha resuelto el misterio cósmico? Las estrellas extremas pueden ser la clave de misteriosas explosiones de radio

¿Se ha resuelto el misterio cósmico?  Las estrellas extremas pueden ser la clave de misteriosas explosiones de radio

Los investigadores han descubierto una ley de escala universal en las estrellas de neutrones, incluidos los magnetares, que puede explicar las misteriosas ráfagas rápidas de radio (FRB). Al estudiar la infraestructura de sus emisiones de radio, encontraron puntos en común en sus períodos de rotación, lo que mejoró nuestra comprensión de estos fenómenos celestes.

Una relación global para púlsares, magnetares y posibles ráfagas de radio rápidas.

Un equipo de investigación internacional dirigido por Michael Kramer y Kuo Liu del Instituto Max Planck de Radioastronomía en Bonn, Alemania, estudió este raro objeto. Clasificar de estrellas extremadamente densas, llamadas magnetares, para revelar una ley fundamental que parece aplicarse universalmente a un grupo de objetos conocidos como estrellas de neutrones. Esta ley da una idea de cómo estas fuentes producen emisiones de radio y puede proporcionar un vínculo con misteriosos destellos de luz de radio, rápidas ráfagas de radio, que se originan en el universo distante.

Los resultados se publican en la revista. astronomía de la naturaleza.

Impresión artística magnética.

Figura 1: Impresión artística de un magnetar. Una estrella de neutrones emite luz de radio alimentada por energía almacenada en un campo magnético ultrafuerte, provocando explosiones que se encuentran entre los eventos más poderosos jamás observados en el universo. Crédito: © Michael Kramer/MPIfR

Entendiendo las estrellas de neutrones

Las estrellas de neutrones son núcleos colapsados ​​de estrellas masivas y concentran hasta el doble de la masa del Sol en una esfera de menos de 25 kilómetros (15 millas) de diámetro. Como resultado, la materia allí es la más densa del universo observable, con electrones y protones comprimidos para formar neutrones, de ahí el nombre. Más de 3.000 estrellas de neutrones pueden observarse como radiopúlsares, cuando emiten un haz de radio que puede verse como una señal pulsante desde la Tierra cuando la estrella gira. Púlsar Dirige su luz hacia nuestros telescopios.

Magnetares y sus propiedades únicas.

El campo magnético de los púlsares ya es mil billones de veces más fuerte que el campo magnético de la Tierra, ¡pero hay un pequeño grupo de estrellas de neutrones que tienen campos magnéticos 1.000 veces más fuertes! Estos son los llamados magnetares.

De los aproximadamente 30 magnetares conocidos, también se ha descubierto que seis emiten radio, al menos ocasionalmente. Se cree que los magnetares extragalácticos son el origen de las ráfagas de radio rápidas (FRB). Para estudiar esta conexión, investigadores del Instituto Max Planck de Radioastronomía (MPIfR), con la ayuda de colegas de la Universidad de Manchester, examinaron en detalle las pulsaciones individuales de los magnetares y descubrieron la subestructura en ellos. Resulta que también se observa una estructura pulsante similar en los púlsares, los púlsares de milisegundos y otros púlsares. Estrella neutrón Fuentes conocidas como transitorios de radio giratorios.

Descubrimiento de la ley de medida universal.

Para su sorpresa, los investigadores descubrieron que las escalas de tiempo de los magnetares y otros tipos de estrellas de neutrones siguen la misma relación universal, escalando exactamente con el período de rotación. El hecho de que una estrella de neutrones con un período de rotación de menos de unos pocos milisegundos y una estrella de neutrones con un período de rotación de aproximadamente 100 segundos se comporten como magnetares sugiere que el origen fundamental de la estructura del subpulso debe ser el mismo para todas las estrellas de neutrones con un período de rotación de menos de unos pocos milisegundos. alta frecuencia de radio. . Revela información sobre plasma El proceso es responsable de la emisión de radio en sí y brinda la oportunidad de explicar estructuras similares que aparecen en ráfagas de radio rápidas como resultado del correspondiente período de rotación.

Ideas del equipo de investigación

«Cuando nos propusimos comparar la emisión de magnetares con la emisión de ráfagas de radio rápidas, esperábamos similitudes», recuerda Michael Kramer, primer autor del artículo y director del MPIfR. «Lo que no esperábamos era que todas las estrellas de radioneutrones ruidosas compartieran esta escala global».

«Esperamos que los magnetares funcionen con la energía del campo magnético, mientras que otras estrellas funcionan con su propia energía de rotación», continúa Ku Liu. “Algunos de ellos son viejos, otros son muy jóvenes y, sin embargo, todos parecen seguir esta ley”.

Radiotelescopio Effelsberg

Radiotelescopio Effelsberg de 100 metros. Crédito: © Raymond Speaking (PCC-SA 4.0)

Gregory Desvigny describe el experimento: «Observamos magnetares con el radiotelescopio de 100 metros de Eifelsberg y también comparamos nuestros resultados con datos de archivo, ya que los magnetares no emiten emisiones de radio todo el tiempo».

“Dado que las emisiones de radio de un magnetar no siempre están presentes, hay que ser flexible y reaccionar rápidamente, lo que es posible con telescopios como el de Eifelsberg”, subraya Ramesh Karuppusamy.

Conexión de FRB y magnetares

Para Ben Stubbers, coautor del estudio, lo más interesante del resultado es la posible conexión con ráfagas de radio rápidas: “Si al menos una parte de las ráfagas de radio rápidas provienen de magnetares, la escala de tiempo de la infraestructura en la explosión Puede decirnos el período de rotación”. De la fuente magnética primaria. Si encontramos esta periodicidad en los datos, supondrá un hito en la interpretación de este tipo de ráfagas de radio rápidas como fuentes de radio.

“¡Con esta información comienza la búsqueda!” Michael Kramer concluye.

información adicional

Los magnetares se encuentran entre las estrellas de neutrones más activas debido a sus campos magnéticos extremadamente altos. De los 30 magnetares mencionados anteriormente descubiertos hasta la fecha, sólo seis presentan emisiones de radio. Recientemente, el interés de la investigación en sus propiedades ha aumentado dramáticamente debido a su posible asociación con ráfagas de radio rápidas (FRB). Las ráfagas de radio rápidas (FRB) son ráfagas de emisión de radio de milisegundos de duración generadas por fuentes extragalácticas. Aunque aún no se comprende el origen de estas ráfagas de radio, se espera que los magnetares sean una posible fuente de ráfagas de radio rápidas.

Poco después de su descubrimiento se detectó una subestructura con emisiones concentradas de corta duración en la señal de radio de los púlsares. Normalmente, la subestructura tiene una característica y un ancho casi periódicos, y se ha descubierto que ambos se expanden con el período de rotación del púlsar. Esta relación se ha establecido en los púlsares fundamentales durante décadas y se ha ampliado hasta incluir el número de púlsares de milisegundos en los últimos años. Más recientemente, también se ha observado el mismo tipo de “micropulsos” de corta duración en algunas ráfagas de radio rápidas, lo que sugiere un proceso de emisión subyacente similar en ambos escenarios.

La investigación utilizó observaciones de los seis potentes magnetares realizadas por el telescopio Eifelsberg de 100 metros en la banda CX (4-8 GHz) y algunos otros radiotelescopios de 100 metros en todo el mundo.

Referencia: “Estructura de subpulso cuasi periódico como característica unificadora de estrellas de neutrones emisoras de radio” por Michael Kramer, Kuo Liu, Gregory Desevenes, Ramesh Karuppusamy y Ben W. Stubbers, 23 de noviembre de 2023, astronomía de la naturaleza.
doi: 10.1038/s41550-023-02125-3

Los autores del artículo son Michael Kramer, Qu Liu, Gregory Desvines, Ramesh Karuppusamy y Ben W. Stubbers. Los primeros cuatro autores pertenecen al Instituto Max Planck de Radioastronomía.

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