Un púlsar de rayos gamma es una estrella de neutrones compacta que acelera partículas cargadas a velocidades relativistas en su campo magnético extremadamente fuerte. Este proceso produce radiación gamma (violeta) muy por encima de la superficie de los restos compactos de la estrella, por ejemplo, mientras que las ondas de radio (verde) se emiten sobre los polos magnéticos en forma de cono. La rotación mueve las regiones de emisión a través de la línea de visión terrestre, haciendo que el púlsar se ilumine periódicamente en el cielo. Crédito:© NASA / Fermi / Cruz de Wilde
Un análisis que habría llevado más de mil años en una sola computadora ha encontrado en un año más de una docena de nuevas estrellas de neutrones que giran rápidamente en los datos del telescopio espacial de rayos gamma Fermi. Con la potencia informática donada por voluntarios de todo el mundo, un equipo internacional dirigido por investigadores del Instituto Max Planck de Física Gravitacional en Hannover, Alemania, buscó periodicidades reveladoras en 118 fuentes de Fermi de naturaleza desconocida. En 13 descubrieron una estrella de neutrones giratoria en el corazón de la fuente. Si bien todos estos son, astronómicamente hablando, jóvenes con edades entre decenas y cientos de miles de años, dos giran sorprendentemente lento, más lento que cualquier otro púlsar de rayos gamma conocido. Otro descubrimiento experimentó una "falla", un cambio repentino de origen desconocido en su rotación por lo demás regular.
"Descubrimos tantos púlsares nuevos por tres razones principales:la enorme potencia informática proporcionada por Einstein @ Home; nuestra invención de métodos de búsqueda novedosos y más eficientes; y el uso de datos Fermi-LAT recientemente mejorados. Estos juntos proporcionaron una sensibilidad sin precedentes para nuestra amplia encuesta de más de 100 fuentes del catálogo de Fermi, "dice el Dr. Colin Clark, autor principal del artículo ahora publicado en The Diario astrofísico .
Las estrellas de neutrones son remanentes compactos de explosiones de supernovas y se componen de exóticos, materia extremadamente densa. Miden unos 20 kilómetros de diámetro y pesan hasta medio millón de Tierras. Debido a sus fuertes campos magnéticos y su rápida rotación, emiten ondas de radio y rayos gamma energéticos similares a un faro cósmico. Si estos rayos apuntan hacia la Tierra una o dos veces por rotación, la estrella de neutrones se vuelve visible como una radio pulsante o una fuente de rayos gamma, un llamado púlsar.
Detección "ciega" de púlsares de rayos gamma
Encontrar estas pulsaciones periódicas de los púlsares de rayos gamma es muy difícil. En promedio, el Telescopio de Área Grande (LAT) a bordo de la nave espacial Fermi detecta solo 10 fotones por día de un púlsar típico. Para detectar periodicidades, años de datos deben analizarse, durante el cual el púlsar podría girar miles de millones de veces. Para cada fotón, se debe determinar exactamente cuándo se emitió durante una sola rotación de una fracción de segundo. Esto requiere buscar durante años conjuntos de datos con una resolución muy fina para no perder una señal. La potencia informática necesaria para estas "búsquedas ciegas", cuando se conoce de antemano poca o ninguna información sobre el púlsar, es enorme.
Búsquedas ciegas similares anteriores han detectado 37 púlsares de rayos gamma en datos de Fermi-LAT. Todos los descubrimientos de búsquedas ciegas en los últimos 4 años han sido realizados por Einstein @ Home, que ha encontrado un total de 21 púlsares de rayos gamma en búsquedas ciegas. más de un tercio de todos esos objetos descubiertos mediante búsquedas a ciegas.
Todo el cielo visto por el telescopio espacial de rayos gamma Fermi y los 13 púlsares descubiertos por Einstein @ Home que ahora se publicaron. El campo debajo de cada recuadro muestra el nombre del púlsar y su frecuencia de rotación. Las banderas en los recuadros muestran las nacionalidades de los voluntarios cuyas computadoras encontraron los púlsares. Crédito:Knispel / Clark / Instituto Max Planck de Física Gravitacional / NASA / DOE / Fermi LAT Collaboration
Recurso informático Einstein @ Home
Con la ayuda de decenas de miles de voluntarios de todo el mundo que donan ciclos de computación inactivos en sus decenas de miles de computadoras en casa, el equipo pudo realizar una encuesta a gran escala con el proyecto de computación distribuida Einstein @ Home. En total, esta búsqueda requirió alrededor de 10, 000 años de tiempo de núcleo de CPU. Habría tardado más de mil años en una sola computadora doméstica. En Einstein @ Home terminó en un año, aunque solo usó parte de los recursos del proyecto.
Los científicos seleccionaron sus objetivos de 1000 fuentes no identificadas en el Catálogo de Tercera Fuente Fermi-LAT por su distribución de energía de rayos gamma como los objetos más "parecidos a púlsar". Para cada una de las 118 fuentes seleccionadas, usaron novela, highly efficient methods to analyze the detected gamma-ray photons for hidden periodicities.
One dozen and one new neutron star
"So far we've identified 17 new pulsars among the 118 gamma-ray sources we searched with Einstein@Home. The latest publication in The Diario astrofísico presents 13 of these discoveries, " says Clark. "We knew that there had to be several unidentified pulsars in the Fermi data, but it's always very exciting to actually detect one of them and at the same time it's very satisfying to understand what its properties are." About half of the discoveries would have been missed in previous Einstein@Home surveys, but the novel improved methods made the difference.
Most of the discoveries were what the scientists expected:gamma-ray pulsars that are relatively young and were born in supernovae some tens to hundreds of thousands of years ago. Two of them however spin slower than any other gamma-ray pulsar known. Slow-spinning young pulsars on average emit less gamma-rays than faster-spinning ones. Finding these fainter objects is therefore useful to explore the entire gamma-ray pulsar population. Another newly discovered pulsar experienced a strong "glitch", a sudden speedup of unknown origin in its otherwise regular rotation. Glitches are observed in other young pulsars and might be related to re-arrangements of the neutron star interior but are not well understood.
Searching for gamma-ray pulsars in binary systems
"Einstein@Home searched through 118 unidentified pulsar-like sources from the Fermi-LAT Catalog, " says Prof. Dr. Bruce Allen, director of Einstein@Home and director at the Max Planck Institute for Gravitational Physics in Hanover. "Colin has shown that 17 of these are indeed pulsars, and I would bet that many of the remaining 101 are also pulsars, but in binary systems, where we lack sensitivity. In the future, using improved methods, Einstein@Home is going to chase after those as well, and I am optimistic that we will find at least some of them."
