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    NICER de la NASA ofrece las mejores mediciones de púlsares, primer mapa de superficie

    Crédito:Centro de vuelos espaciales Goddard de la NASA

    Los astrofísicos están redibujando la imagen de libro de texto de los púlsares, el denso, restos giratorios de estrellas explotadas, gracias al Explorador de composición interior de estrellas de neutrones (NICER) de la NASA, un telescopio de rayos X a bordo de la Estación Espacial Internacional. Usando datos NICER, Los científicos han obtenido las primeras mediciones precisas y confiables tanto del tamaño como de la masa de un púlsar, así como el primer mapa de puntos calientes en su superficie.

    El púlsar en cuestión, J0030 + 0451 (J0030 para abreviar), se encuentra en una región aislada del espacio 1, A 100 años luz de distancia en la constelación de Piscis. Mientras mide el peso y las proporciones del púlsar, NICER reveló que las formas y ubicaciones de los "puntos calientes" de millones de grados en la superficie del púlsar son mucho más extrañas de lo que generalmente se pensaba.

    "Desde su posición en la estación espacial, NICER está revolucionando nuestra comprensión de los púlsares, "dijo Paul Hertz, director de la división de astrofísica en la sede de la NASA en Washington. "Los púlsares se descubrieron hace más de 50 años como balizas de estrellas que se han colapsado en núcleos densos, comportándose diferente a todo lo que vemos en la Tierra. Con NICER podemos sondear la naturaleza de estos densos remanentes de formas que parecían imposibles hasta ahora ".

    Una serie de artículos que analizan las observaciones de NICER de J0030 aparece en un número de enfoque de Las cartas del diario astrofísico y ahora está disponible en línea.

    Cuando muere una estrella masiva, se queda sin combustible, colapsa por su propio peso y explota como una supernova. Estas muertes estelares pueden dejar estrellas de neutrones, que empacan más masa que nuestro Sol en una esfera aproximadamente tan ancha como la isla de Manhattan es larga. Púlsares, que son una clase de estrella de neutrones, gira cientos de veces por segundo y lanza rayos de energía hacia nosotros con cada rotación. J0030 gira 205 veces por segundo.

    Por décadas, los científicos han estado tratando de averiguar exactamente cómo funcionan los púlsares. En el modelo más simple, un púlsar tiene un poderoso campo magnético con la forma de un imán de barra doméstico. El campo es tan fuerte que arranca partículas de la superficie del púlsar y las acelera. Algunas partículas siguen el campo magnético y golpean el lado opuesto, calentando la superficie y creando puntos calientes en los polos magnéticos. Todo el púlsar brilla débilmente en rayos X, pero los puntos calientes son más brillantes. Mientras el objeto gira, estos puntos aparecen y desaparecen de la vista como los rayos de un faro, produciendo variaciones extremadamente regulares en el brillo de los rayos X del objeto. Pero los nuevos estudios de NICER de J0030 muestran que los púlsares no son tan simples.

    Los científicos han alcanzado una nueva frontera en nuestra comprensión de los púlsares, el denso, restos giratorios de estrellas explotadas, gracias a las observaciones del Explorador de composición interior de la estrella de neutrones (NICER) de la NASA. Los datos de este telescopio de rayos X a bordo de la Estación Espacial Internacional han producido las primeras mediciones precisas y fiables tanto del tamaño como de la masa de un púlsar. J0030 + 0451 (J0030 para abreviar), es un púlsar solitario que yace 1, A 100 años luz de distancia en la constelación de Piscis. Mientras mide el peso y las proporciones del púlsar, NICER reveló que las formas y ubicaciones de los puntos calientes de millones de grados en la superficie del púlsar son mucho más extrañas de lo que generalmente se pensaba. Utilizando las observaciones de NICER desde julio de 2017 hasta diciembre de 2018, dos grupos de científicos mapearon los puntos calientes de J0030 utilizando métodos independientes y convergieron en resultados casi idénticos para su masa y tamaño. Un equipo, dirigido por investigadores de la Universidad de Amsterdam, determinó que el púlsar tiene alrededor de 1,3 veces la masa del Sol, 15,8 millas (25,4 kilómetros) de ancho y tiene dos puntos calientes:uno pequeño y circular, el otro largo y en forma de media luna. Un segundo equipo descubrió que J0030 tiene aproximadamente 1,4 veces la masa del Sol, aproximadamente 16,2 millas (26 kilómetros) de ancho y tiene dos o tres puntos calientes de forma ovalada. Todos los puntos en todos los modelos están en el hemisferio sur del púlsar, a diferencia de las imágenes de libros de texto donde los puntos se encuentran en lados opuestos en cada polo magnético. .gsfc.nasa.gov / 13240 Crédito:Centro de vuelos espaciales Goddard de la NASA

    Utilizando las observaciones de NICER desde julio de 2017 hasta diciembre de 2018, dos grupos de científicos mapearon los puntos calientes de J0030 utilizando métodos independientes y convergieron en resultados similares para su masa y tamaño. Un equipo dirigido por Thomas Riley, estudiante de doctorado en astrofísica computacional, y su supervisora ​​Anna Watts, profesor de astrofísica en la Universidad de Amsterdam, determinó que el púlsar tiene alrededor de 1,3 veces la masa del Sol y 15,8 millas (25,4 kilómetros) de ancho. Cole Miller, un profesor de astronomía en la Universidad de Maryland (UMD) que dirigió el segundo equipo, encontró que J0030 tiene aproximadamente 1,4 veces la masa del Sol y es un poco más grande, aproximadamente 16,2 millas (26 kilómetros) de ancho.

    "Cuando empezamos a trabajar en J0030, nuestra comprensión de cómo simular púlsares era incompleta, y todavía lo es, ", Dijo Riley." Pero gracias a los datos detallados de NICER, herramientas de código abierto, Computadoras de alto rendimiento y excelente trabajo en equipo, ahora tenemos un marco para desarrollar modelos más realistas de estos objetos ".

    Un púlsar es tan denso que su gravedad deforma el espacio-tiempo cercano —el "tejido" del universo como lo describe la teoría de la relatividad general de Einstein— de la misma manera que una bola de boliche en un trampolín estira la superficie. El espacio-tiempo está tan distorsionado que la luz del lado del púlsar que mira en dirección opuesta a nosotros se "dobla" y se redirige a nuestra vista. Esto hace que la estrella parezca más grande de lo que es. El efecto también significa que es posible que los puntos calientes nunca desaparezcan por completo a medida que giran hacia el lado más alejado de la estrella. NICER mide la llegada de cada rayo X de un púlsar a más de cien nanosegundos, una precisión aproximadamente 20 veces mayor que la disponible anteriormente, para que los científicos puedan aprovechar este efecto por primera vez.

    "Las incomparables mediciones de rayos X de NICER nos permitieron realizar los cálculos más precisos y confiables del tamaño de un púlsar hasta la fecha, con una incertidumbre inferior al 10%, ", Dijo Miller." Todo el equipo de NICER ha hecho una contribución importante a la física fundamental que es imposible de probar en los laboratorios terrestres ".

    Nuestra vista desde la Tierra mira hacia el hemisferio norte de J0030. Cuando los equipos mapearon las formas y ubicaciones de los puntos de J0030, esperaban encontrar uno allí basado en la imagen del libro de texto de los púlsares, pero no lo hizo. En lugar de, los investigadores identificaron hasta tres puntos calientes, "todos en el hemisferio sur.

    Riley y sus colegas realizaron rondas de simulaciones utilizando círculos superpuestos de diferentes tamaños y temperaturas para recrear las señales de rayos X. Realizar su análisis en la supercomputadora nacional holandesa Cartesius tomó menos de un mes, pero habría requerido alrededor de 10 años en una computadora de escritorio moderna. Su solución identifica dos puntos calientes, uno pequeño y circular y el otro largo y en forma de media luna.

    Simulación de una posible configuración de campo magnético cuadripolo para un púlsar con puntos calientes solo en el hemisferio sur. Crédito:Centro de vuelos espaciales Goddard de la NASA

    El grupo de Miller realizó simulaciones similares, pero con óvalos de diferentes tamaños y temperaturas, en la supercomputadora Deepthought2 de UMD. Encontraron dos configuraciones de puntos posibles e igualmente probables. Uno tiene dos óvalos que se asemejan mucho al patrón encontrado por el equipo de Riley. La segunda solución agrega una tercera, punto más frío ligeramente torcido del polo de rotación sur del púlsar.

    Las predicciones teóricas anteriores sugirieron que las ubicaciones y formas de los puntos calientes podrían variar, pero los estudios J0030 son los primeros en mapear estas características de la superficie. Los científicos todavía están tratando de determinar por qué las manchas de J0030 están dispuestas y tienen la forma que tienen, pero por ahora está claro que los campos magnéticos de los púlsares son más complicados que el modelo tradicional de dos polos.

    El principal objetivo científico de NICER es determinar con precisión las masas y tamaños de varios púlsares. Con esta información, los científicos finalmente podrán descifrar el estado de la materia en los núcleos de las estrellas de neutrones, materia aplastada por tremendas presiones y densidades que no se pueden reproducir en la Tierra.

    "Es extraordinario, y también muy tranquilizador, que los dos equipos alcanzaron tamaños tan similares, masas y patrones de puntos calientes para J0030 utilizando diferentes enfoques de modelado, "dijo Zaven Arzoumanian, Líder científico de NICER en el Centro de Vuelo Espacial Goddard de la NASA en Greenbelt, Maryland. "Nos dice que NICER está en el camino correcto para ayudarnos a responder una pregunta constante en astrofísica:¿Qué forma toma la materia en los núcleos ultra densos de las estrellas de neutrones?"

    NICER es una misión de oportunidad de astrofísica dentro del programa Explorers de la NASA, que proporciona oportunidades de vuelo frecuentes para investigaciones científicas de clase mundial desde el espacio utilizando innovadores, enfoques de gestión racionalizados y eficientes dentro de las áreas de las ciencias de la heliofísica y la astrofísica. La Dirección de Misión de Tecnología Espacial de la NASA apoya el componente SEXTANT de la misión, demostrando la navegación de naves espaciales basadas en púlsar.


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