Aparte de los agujeros negros, Los magnetares pueden ser las estrellas más extremas del universo. Con un diámetro menor que la longitud de Manhattan, empacan más masa que la de nuestro sol, manejan el campo magnético más grande de cualquier objeto conocido, más de 10 billones de veces más fuerte que un imán de refrigerador, y giran sobre sus ejes cada pocos segundos.

Un tipo de estrella de neutrones, el remanente de una explosión de supernova, los magnetares están tan altamente magnetizados que incluso alteraciones modestas en el campo magnético pueden causar ráfagas de rayos X que duran esporádicamente durante semanas o meses.

Estos exóticos También se cree que las estrellas compactas son la fuente de algunos tipos de estallidos cortos de rayos gamma (GRB):destellos brillantes de radiación altamente energética que han desconcertado a los astrónomos desde que fueron detectados por primera vez en la década de 1970. Varias de estas llamaradas de magnetar gigantes se han detectado dentro de la Vía Láctea. Pero debido a que son tan intensos que saturan los detectores, y las observaciones dentro de la galaxia están oscurecidas por el polvo, el científico espacial Kevin Hurley de la Universidad de California, Berkeley, y un equipo internacional de astrónomos ha estado buscando estas mismas llamaradas en galaxias fuera de la nuestra para tener una visión más clara.

Ese esfuerzo de 45 años está dando sus frutos. Una breve ráfaga de rayos gamma detectada el 15 de abril desde una galaxia a 11,4 millones de años luz de distancia muestra una firma clara que Hurley cree que podría ayudar a los astrónomos a encontrar explosiones de magnetares más fácilmente y finalmente recopilar los datos necesarios para verificar las muchas teorías que explican las magnetares y sus rayos gamma. bengalas.

"Tenemos lo que creemos que son cuatro detecciones sólidas desde 1979 de llamaradas magnetar gigantes extragalácticas, dos de ellos estallidos casi idénticos de diferentes galaxias, "dijo Hurley, becario espacial senior del Laboratorio de Ciencias Espaciales de UC Berkeley. "Nos lleva a creer que puede haber una especie de plantilla emergente que nos ayudará a identificarlos más rápidamente en el futuro. Mi esperanza es que el ritmo ahora se acelere porque sabemos mucho mejor lo que estamos buscando". "

Hurley y tres colegas informarán sobre el descubrimiento de GRB por varios satélites estadounidenses y europeos y sus implicaciones en una conferencia de prensa el miércoles. 13 de enero en la reunión anual de la American Astronomical Society y en tres artículos que aparecen simultáneamente en las revistas Naturaleza y Astronomía de la naturaleza .

Estallidos de magnetar gigantes

GRB, las explosiones más poderosas del cosmos, puede detectarse a través de miles de millones de años luz. La mayoría de los que duran menos de dos segundos, llamados GRB cortos, ocurren cuando un par de estrellas de neutrones en órbita se juntan en espiral y se fusionan. Los astrónomos confirmaron este escenario para al menos algunos GRB cortos en 2017, cuando un estallido siguió a la llegada de ondas gravitacionales, ondas en el espacio-tiempo, producidas cuando las estrellas de neutrones se fusionaron a 130 millones de años luz de distancia.

Pero no todos los GRB cortos se ajustan al perfil de fusión de estrellas de neutrones, Dijo Hurley. Específicamente, de los 29 magnetares dentro de nuestra Vía Láctea que se sabe que exhiben actividad ocasional de rayos X, dos han producido destellos gigantes que son diferentes de los estallidos de estas fusiones.

La más reciente de estas detecciones fue el 27 de diciembre de 2004, un evento que produjo cambios mensurables en la atmósfera superior de la Tierra, a pesar de salir de una magnetar ubicada a unos 28, 000 años luz de distancia.

Desde finales de la década de 1970, Hurley ha operado la Red InterPlanetaria (IPN), un esfuerzo las 24 horas del día, los 7 días de la semana para analizar los datos de muchas naves espaciales, actualmente cinco, capturando unos 325 estallidos gamma por año, con la esperanza de encontrar más destellos de magnetar gigantes. Esa red fue clave para capturar el 15 de abril, 2020, llamarada.

Poco antes de las 4:42 a.m.EDT de ese miércoles, una breve, poderoso estallido de rayos X y rayos gamma barrió Marte, activando el detector de neutrones de alta energía ruso a bordo de la nave espacial Mars Odyssey de la NASA, que ha estado orbitando el planeta desde 2001. Aproximadamente 6,6 minutos después, la explosión activó el instrumento ruso Konus a bordo del satélite Wind de la NASA, que orbita un punto entre la Tierra y el sol ubicado aproximadamente a 930, 000 millas (1,5 millones de kilómetros) de distancia. Después de otros 4.5 segundos, la radiación pasó por la Tierra, instrumentos de activación del telescopio espacial de rayos gamma Fermi de la NASA y del satélite INTEGRAL de la Agencia Espacial Europea.

El análisis de los datos del Telescopio Burst Alert (BAT) en el Observatorio Swift Neil Gehrels de la NASA proporcionó información adicional sobre el evento.

Estos datos mostraron que el pulso de radiación duró solo 140 milisegundos, un abrir y cerrar de ojos.

Hurley y Dmitry Svinkin del Instituto Ioffe de Rusia, un miembro del equipo de IPN, utilizó los tiempos de llegada medidos por el Fermi, Rápido, Viento, Mars Odyssey e INTEGRAL para identificar la ubicación del estallido del 15 de abril, llamado GRB 200415A, directamente en la región central de NGC 253, una brillante galaxia espiral ubicada a unos 11,4 millones de años luz de distancia en la constelación del Escultor. Esta es la posición del cielo más precisa hasta ahora determinada para una magnetar ubicada más allá de la Gran Nube de Magallanes, un satélite de nuestra galaxia y anfitrión en 1979 de la primera llamarada gigante jamás detectada.

"Esta fue la magnetar localizada con mayor precisión fuera de nuestra galaxia hasta ahora, y realmente lo hemos precisado ahora, no solo a una galaxia, pero una parte de una galaxia donde esperamos que la formación estelar esté ocurriendo, y las estrellas explotan. Ahí es donde deberían estar las supernovas y los magnetares, también, Hurley dijo. "El evento del 15 de abril es un cambio de juego".

Destellos de un faro

Las llamaradas gigantes que se ven dentro de la Vía Láctea se ven un poco diferentes a las de las galaxias cercanas debido a la distancia. Los astrónomos han documentado que las llamaradas gigantes de magnetares en la Vía Láctea y sus satélites evolucionan de una manera distinta, con un rápido aumento al brillo máximo seguido de una cola más gradual de emisión fluctuante. Estas variaciones son el resultado de la rotación de la magnetar, que hace que la ubicación de la llamarada aparezca y desaparezca repetidamente de la Tierra, como un faro.

Observar esta cola fluctuante es una prueba concluyente de una bengala gigante:una pistola humeante, Dijo Hurley. Porque magnetar destella a millones de años luz de distancia, sin embargo, esta emisión es demasiado tenue para detectarla con los instrumentos actuales. Por esta razón, las llamaradas gigantes en nuestro vecindario galáctico pueden confundirse con GRB de tipo fusión más distantes y poderosos.

Las nuevas observaciones revelan múltiples pulsos, con el primero apareciendo en sólo 77 microsegundos, aproximadamente 13 veces la velocidad del flash de una cámara y casi 100 veces más rápido que el aumento de los GRB más rápidos producidos por las fusiones.

"La combinación del tiempo de subida y el tiempo de caída, Nosotros pensamos, puede estar mostrándonos una plantilla, porque lo hemos visto antes, lo vimos en 2005, con otro evento, casi la copia al carbón. Y el espectro de energía de los dos también era similar, "Dijo Hurley.

El monitor de ráfagas de rayos gamma de Fermi también detectó variaciones rápidas de energía durante el transcurso de la llamarada que nunca antes se habían observado.

"Las llamaradas gigantes dentro de nuestra galaxia son tan brillantes que abruman nuestros instrumentos, dejándolos aferrados a sus secretos, "dijo Oliver Roberts, un científico asociado en el Instituto de Ciencia y Tecnología de la Asociación de Investigación Espacial de Universidades en Huntsville, Alabama, quien dirigió el estudio de los datos de Fermi. "Por primera vez, GRB 200415A y llamaradas distantes como esta permiten que nuestros instrumentos capturen cada característica y exploren estas poderosas erupciones en una profundidad incomparable ".

Sismos estelares y reconexión del campo magnético

Las bengalas gigantes son poco conocidas, pero los astrónomos creen que son el resultado de una reordenación repentina del campo magnético del magnetar. Una posibilidad es que el campo muy por encima de la superficie se tuerza demasiado, liberando energía repentinamente a medida que se asienta en una configuración más estable. Una falla mecánica de la corteza de la magnetar, un terremoto de estrellas, puede desencadenar la reconfiguración repentina.

"La idea es que tienes este campo magnético superfuerte que sale de la estrella, pero anclado a la corteza, y el campo magnético puede torcerse, ejerciendo presión sobre la corteza. La corteza tiene un límite elástico, y después de superar ese límite elástico, se agrieta. Luego, esa grieta envía ondas al campo magnético, y esas olas rompen el campo, y puede obtener reconexión y liberación de energía y rayos gamma, "Dijo Hurley.

Roberts y sus colegas dicen que los datos muestran alguna evidencia de vibraciones sísmicas durante la erupción. Los investigadores dicen que esta emisión surgió de una nube de electrones y positrones expulsados ​​que se mueven a aproximadamente el 99% de la velocidad de la luz. La corta duración de la emisión y su brillo y energía cambiantes reflejan la rotación del magnetar, subiendo y bajando como los faros de un coche al girar. Roberts lo describe como una mancha opaca —lo imagina como un torpedo de fotones de la franquicia "Star Trek "— que se expande y difunde a medida que viaja.

El torpedo también influye en una de las mayores sorpresas del evento. Los rayos X de mayor energía registrados por Gamma-Burst Monitor alcanzaron los 3 millones de electronvoltios (MeV), o aproximadamente 1 millón de veces la energía de la luz azul. El principal instrumento del satélite, el telescopio de área grande (LAT), también detectó tres rayos gamma con energías de 480 MeV, 1.300 millones de electronvoltios (GeV) y 1.7 GeV, la luz de mayor energía jamás detectada por una llamarada gigante de magnetar. Lo sorprendente es que todos estos rayos gamma aparecieron mucho después de que la llamarada hubiera disminuido en otros instrumentos.

Nicola Omodei, un científico investigador senior en la Universidad de Stanford, dirigió el equipo de LAT que investigaba estos rayos gamma, que llegó entre 19 segundos y 4,7 minutos después del evento principal. Los científicos concluyeron que esta señal probablemente también provenía de la llamarada magnetar.

Una magnetar produce un flujo constante de partículas que se mueven rápidamente. A medida que estas partículas se mueven por el espacio, ellos aran en, ralentizar y desviar el gas interestelar. El gas se amontona se calienta y se comprime, y forma un tipo de onda de choque llamada arco de choque, como las ondas frente a un barco en movimiento.

En el modelo propuesto por el equipo de LAT, el pulso inicial de rayos gamma de la llamarada viaja hacia afuera a la velocidad de la luz, seguido de la nube de materia expulsada, que se mueve casi tan rápido. Después de varios días, ambos alcanzan el arco de choque. Los rayos gamma lo atraviesan. Segundos más tarde, la nube de partículas, ahora expandida en una vasta, caparazón delgado:choca con el gas acumulado en el arco de choque. Esta interacción crea ondas de choque que aceleran las partículas, produciendo los rayos gamma de mayor energía después del estallido principal.

La erupción del 15 de abril demuestra que los eventos de 2020 y 2004 constituyen su propia clase de GRB, Dijo Hurley.

"Un pequeño porcentaje de los GRB cortos pueden ser en realidad llamaradas gigantes de magnetar, "dijo Eric Burns, profesor asistente de física y astronomía en la Universidad Estatal de Luisiana en Baton Rouge, quien dirigió un estudio que identificó otros sospechosos de magnetar extragalácticos. "De hecho, pueden ser los estallidos de alta energía más comunes que hemos detectado hasta mucho más allá de nuestra galaxia, unas cinco veces más frecuentes que las supernovas ".

Si bien ya se había sugerido que las explosiones cerca de la galaxia M81 en 2005 y la galaxia de Andrómeda (M31) en 2007 eran llamaradas gigantes, su equipo identificó un nuevo brote en M83, también visto en 2007. Agregue a estos la llamarada gigante de 1979 y las observadas en nuestra Vía Láctea en 1998 y 2004.

"Es una pequeña muestra, pero ahora tenemos una mejor idea de sus verdaderas energías, y hasta dónde podemos detectarlos, "dijo Burns, cuyo estudio aparecerá a finales de este año en Las cartas del diario astrofísico .