La Nebulosa del Cangrejo, la nube de escombros en expansión de seis años luz de ancho de una explosión de supernova, alberga una estrella de neutrones que gira 30 veces por segundo y que se encuentra entre los púlsares más brillantes del cielo en longitudes de onda de radio y rayos X. Este compuesto de imágenes del telescopio espacial Hubble revela diferentes gases expulsados en la explosión:el azul revela oxígeno neutro, el verde muestra azufre ionizado individualmente, y el rojo indica oxígeno doblemente ionizado. Crédito:NASA, ESA, J. Hester y A. Loll (Universidad Estatal de Arizona)
Una colaboración científica global que utiliza datos del telescopio Explorador de composición interior de la estrella de neutrones (NICER) de la NASA en la Estación Espacial Internacional ha descubierto oleadas de rayos X que acompañan a las explosiones de radio del púlsar en la Nebulosa del Cangrejo. El hallazgo muestra que estos estallidos, llamados pulsos de radio gigantes, liberan mucha más energía de la que se sospechaba anteriormente.
Un púlsar es un tipo de estrella de neutrones que gira rápidamente, el aplastado, núcleo del tamaño de una ciudad de una estrella que explotó como una supernova. Un joven, La estrella de neutrones aislada puede girar docenas de veces por segundo, y su campo magnético giratorio alimenta haces de ondas de radio, luz visible, Rayos X, y rayos gamma. Si estos rayos pasan por la Tierra, Los astrónomos observan pulsos de emisión en forma de reloj y clasifican el objeto como un púlsar.
"De más de 2, 800 púlsares catalogados, el púlsar del Cangrejo es uno de los pocos que emite pulsos de radio gigantes, que ocurren esporádicamente y pueden ser cientos o miles de veces más brillantes que los pulsos regulares, "dijo el científico principal Teruaki Enoto en el RIKEN Cluster for Pioneering Research en Wako, Prefectura de Saitama, Japón. "Después de décadas de observaciones, sólo se ha demostrado que el Cangrejo mejora sus pulsos de radio gigantes con emisiones de otras partes del espectro ".
El nuevo estudio, que aparecerá en la edición del 9 de abril de Ciencias y ahora está disponible en línea, analizó la mayor cantidad de datos de radio y rayos X simultáneos jamás recopilados de un púlsar. Extiende el rango de energía observado asociado con este fenómeno de mejora miles de veces.
Entre 2017 y 2019, El Explorador de composición interior de la estrella de neutrones de la NASA (NICER) y los radiotelescopios de Japón estudiaron el púlsar del cangrejo al mismo tiempo. En esta visualización, que representa solo 13 minutos de observaciones NICER, millones de rayos X se grafican en relación con la fase de rotación del púlsar, que se centra en la emisión de radio más fuerte. Para mayor claridad, se muestran dos rotaciones completas. Mientras los rayos del púlsar recorren nuestra línea de visión, producen dos picos por cada rotación, con el más brillante asociado con un mayor número de pulsos de radio gigantes. Por primera vez, Los datos de NICER muestran un ligero aumento en la emisión de rayos X asociada con estos eventos. Crédito:Centro de vuelos espaciales Goddard de la NASA / Enoto et al. 2021
Ubicado alrededor de 6, 500 años luz de distancia en la constelación de Tauro, la Nebulosa del Cangrejo y su púlsar se formaron en una supernova cuya luz llegó a la Tierra en julio de 1054. La estrella de neutrones gira 30 veces por segundo, y en longitudes de onda de radio y rayos X, se encuentra entre los púlsares más brillantes del cielo.
Entre agosto de 2017 y agosto de 2019, Enoto y sus colegas utilizaron NICER para observar repetidamente el pulsar del Cangrejo en rayos X con energías de hasta 10, 000 electronvoltios, o miles de veces más que la luz visible. Mientras NICER miraba, el equipo también estudió el objeto utilizando al menos uno de los dos radiotelescopios terrestres en Japón:el plato de 34 metros en el Centro de Tecnología Espacial de Kashima y el plato de 64 metros en el Centro de Espacio Profundo Usuda de la Agencia de Exploración Aeroespacial de Japón. ambos operando a una frecuencia de 2 gigahercios.
El conjunto de datos combinado les dio a los investigadores casi un día y medio de cobertura simultánea de rayos X y radio. Todo dicho, capturaron la actividad en 3,7 millones de rotaciones de púlsares y obtuvieron unas 26, 000 pulsos de radio gigantes.
Los pulsos gigantes brotan rápidamente, aumentando en millonésimas de segundo, y ocurren de manera impredecible. Sin embargo, cuando ocurren, coinciden con las pulsaciones regulares de un reloj.
NICER registra el tiempo de llegada de cada radiografía que detecta dentro de los 100 nanosegundos, pero la precisión de sincronización del telescopio no es su única ventaja para este estudio.
"La capacidad de NICER para observar fuentes de rayos X brillantes es casi cuatro veces mayor que el brillo combinado del púlsar y su nebulosa, "dijo Zaven Arzoumanian, el director científico del proyecto en el Goddard Space Flight Center de la NASA en Greenbelt, Maryland. "Por lo tanto, estas observaciones no se vieron afectadas en gran medida por el pileup, donde un detector cuenta dos o más rayos X como un solo evento, y otros problemas que han complicado los análisis anteriores".
El equipo de Enoto combinó todos los datos de rayos X que coincidieron con pulsos de radio gigantes, revelando un aumento de rayos X de aproximadamente el 4% que se produjo en sincronía con ellos. Es notablemente similar al aumento del 3% en la luz visible también asociado con el fenómeno, descubierto en 2003. En comparación con la diferencia de brillo entre los pulsos regulares y gigantes del Cangrejo, estos cambios son notablemente pequeños y representan un desafío para que los modelos teóricos los expliquen.
Las mejoras sugieren que los pulsos gigantes son una manifestación de procesos subyacentes que producen emisiones que abarcan el espectro electromagnético. de la radio a los rayos X. Y debido a que los rayos X son millones de veces más potentes que las ondas de radio, incluso un aumento modesto representa una gran contribución energética. Los investigadores concluyen que la energía total emitida asociada con un pulso gigante es de decenas a cientos de veces más alta que la estimada previamente a partir de los datos ópticos y de radio solamente.
"Todavía no entendemos cómo o dónde los púlsares producen su compleja y amplia emisión, y es gratificante haber contribuido con otra pieza al rompecabezas de varias longitudes de onda de estos fascinantes objetos, "Dijo Enoto.
