Un equipo de investigación internacional que incluye miembros del Instituto Max Planck de Física Gravitacional (Instituto Albert Einstein; AEI) en Hannover ha demostrado que una estrella de neutrones que gira rápidamente se encuentra en el núcleo de un objeto celeste ahora conocido como PSR J2039−5617. Utilizaron métodos novedosos de análisis de datos y la enorme potencia informática del proyecto de ciencia ciudadana Einstein @ Home para rastrear las débiles pulsaciones de rayos gamma de la estrella de neutrones en los datos del Telescopio Espacial Fermi de la NASA. Sus resultados muestran que el púlsar está en órbita con un compañero estelar de aproximadamente una sexta parte de la masa de nuestro Sol. El púlsar está evaporando lenta pero seguramente esta estrella. El equipo también descubrió que la órbita del compañero varía leve e impredeciblemente con el tiempo. Usando su método de búsqueda, esperan encontrar más sistemas de este tipo con Einstein @ Home en el futuro.

"Se había sospechado durante años que hay un púlsar, una estrella de neutrones que gira rápidamente, en el corazón de la fuente que ahora conocemos como PSR J2039−5617, "dice Lars Nieder, un doctorado estudiante del Instituto Max Planck de Física Gravitacional (Instituto Albert Einstein; AEI) en Hannover y coautor del estudio publicado hoy en Avisos mensuales de la Royal Astronomical Society . "Pero solo fue posible levantar el velo y descubrir las pulsaciones de los rayos gamma con la potencia informática donada por decenas de miles de voluntarios a Einstein @ Home, " él añade.

El objeto celeste se conoce desde 2014 como fuente de rayos X, rayos gamma, y ligero. Toda la evidencia obtenida hasta ahora apuntaba a una estrella de neutrones que giraba rápidamente en órbita con una estrella liviana en el corazón de la fuente. Pero faltaba una prueba clara.

Observaciones de precisión con telescopios ópticos

El primer paso para resolver este acertijo fueron las nuevas observaciones del compañero estelar con telescopios ópticos. Proporcionaron un conocimiento preciso sobre el sistema binario sin el cual una búsqueda de púlsar de rayos gamma (incluso con la enorme potencia de cálculo de Einstein @ Home) sería inviable.

El brillo del sistema varía durante un período orbital dependiendo de qué lado de la compañera de la estrella de neutrones esté mirando hacia la Tierra. "Para J2039-5617, hay dos procesos principales en funcionamiento, "explica el Dr. Colin Clark del Jodrell Bank Center for Astrophysics, autor principal del estudio y ex Ph.D. estudiante en AEI Hannover. "El púlsar calienta un lado del compañero liviano, que parece más brillante y azulado. Adicionalmente, la compañera está distorsionada por la atracción gravitacional del púlsar, lo que hace que el tamaño aparente de la estrella varíe a lo largo de la órbita ". Estas observaciones permitieron al equipo obtener la medición más precisa posible del período orbital de 5,5 horas de la estrella binaria, así como otras propiedades del sistema.

Buscando con la ayuda de decenas de miles de voluntarios

Con esta información y la posición precisa del cielo de los datos de Gaia, el equipo utilizó la potencia de cálculo agregada del proyecto de computación voluntaria distribuida Einstein @ Home para una nueva búsqueda de aproximadamente 11 años de observaciones de archivo del Telescopio Espacial de Rayos Gamma Fermi de la NASA. Mejorando los métodos anteriores que habían desarrollado para este propósito, solicitaron la ayuda de decenas de miles de voluntarios para buscar datos de Fermi en busca de pulsaciones periódicas en los fotones de rayos gamma registrados por el Telescopio de Área Grande a bordo del telescopio espacial. Los voluntarios donaron ciclos de computación inactivos en las CPU y GPU de sus computadoras a Einstein @ Home.

Esta búsqueda requirió peinar muy finamente los datos para no perder ninguna señal posible. La potencia informática requerida es enorme. La búsqueda habría tardado 500 años en completarse en un solo núcleo de computadora. Al utilizar una parte de los recursos de Einstein @ Home, se hizo en 2 meses.

Con la potencia informática donada por los voluntarios de Einstein @ Home, el equipo descubrió pulsaciones de rayos gamma de la estrella de neutrones que gira rápidamente. Este púlsar de rayos gamma, ahora conocido como J2039−5617, gira unas 377 veces por segundo.

Cambios sorprendentes de la órbita

"Descubrimos que el período orbital de la compañera varía leve e impredeciblemente durante los 11 años. Solo cambia hasta unos diez milisegundos, pero como conocemos el tiempo de llegada de cada fotón gamma desde el púlsar con precisión de microsegundos, ¡incluso este pequeño es mucho! ", dice Nieder. Estas variaciones del período orbital podrían estar vinculadas a pequeños cambios en la forma del compañero causados ​​por su actividad magnética. Al igual que nuestro Sol, el compañero podría estar pasando por ciclos de actividad. El campo magnético interactúa con el plasma dentro de la estrella y lo deforma. A medida que varía la forma de la estrella, su campo gravitacional también cambia, que a su vez afecta la órbita del púlsar. Esto podría explicar las variaciones observadas del período orbital.

Los púlsares "arañas" consumen a sus compañeros

Mientras el compañero estelar de peso ligero está orbitando el púlsar, la fuerte radiación y el viento de partículas del púlsar evaporan al compañero. "Esta es la razón por la que los astrónomos llaman a sistemas como este 'redbacks' en referencia a las arañas redback australianas cuyas hembras consumen a los machos después del apareamiento, "explica Nieder. En el caso de J2039−5617, la materia extraída de la estrella forma nubes de partículas cargadas en el sistema binario que absorben ondas de radio. Esta es una de las razones por las que fallaron las búsquedas anteriores de emisión de radio pulsante de la estrella de neutrones. Con la determinación precisa de la órbita a partir de los datos de rayos gamma, También fue posible detectar pulsaciones de radio y esto se publicará en un artículo separado.

"Conocemos docenas de fuentes de rayos gamma similares encontradas por el Telescopio Espacial Fermi, para el que la verdadera identidad aún no está clara, "dice el Prof. Dr. Bruce Allen, director del Instituto Max Planck de Física Gravitacional en Hannover y director y fundador de Einstein @ Home. "Muchos pueden ser púlsares ocultos en sistemas binarios y continuaremos persiguiéndolos con Einstein @ Home, " él añade.