¿A qué velocidad puede una estrella de neutrones impulsar potentes chorros al espacio? Resulta que la respuesta es aproximadamente un tercio de la velocidad de la luz, como acaba de revelar nuestro equipo en un nuevo estudio publicado en Nature. .
En todo nuestro universo se ven rayos cósmicos energéticos conocidos como chorros. Se lanzan cuando material (principalmente polvo y gas) cae hacia cualquier objeto central denso, como una estrella de neutrones (un remanente extremadamente denso de una estrella que alguna vez fue masiva) o un agujero negro.
Los chorros se llevan parte de la energía gravitacional liberada por el gas que cae y la reciclan de nuevo al entorno a escalas mucho mayores.
Los chorros más potentes del universo proceden de los mayores agujeros negros situados en los centros de las galaxias. La producción de energía de estos chorros puede afectar la evolución de una galaxia entera, o incluso de un cúmulo de galaxias. Esto hace que los jets sean un componente crítico, aunque intrigante, de nuestro universo.
Aunque los aviones son comunes, todavía no entendemos completamente cómo se lanzan. Medir los chorros de una estrella de neutrones nos ha proporcionado información valiosa.
Los chorros de los agujeros negros tienden a ser brillantes y han sido bien estudiados. Sin embargo, los chorros de las estrellas de neutrones suelen ser mucho más débiles y se sabe mucho menos sobre ellos.
Esto presenta un problema, ya que podemos aprender mucho comparando los chorros lanzados por diferentes objetos celestes. Las estrellas de neutrones son cadáveres estelares extremadamente densos:cenizas cósmicas del tamaño de una ciudad, pero que contienen la masa de una estrella. Podemos pensar en ellos como enormes núcleos atómicos, cada uno de unos 20 kilómetros de diámetro.
A diferencia de los agujeros negros, las estrellas de neutrones tienen una superficie sólida y un campo magnético, y el gas que cae sobre ellas libera menos energía gravitacional. Todas estas propiedades tendrán un efecto en la forma en que se lanzan sus chorros, lo que hace que los estudios de los chorros de estrellas de neutrones sean particularmente valiosos.
Una pista clave sobre cómo se lanzan los aviones proviene de su velocidad. Si podemos determinar cómo varían las velocidades de los chorros con la masa o el giro de la estrella de neutrones, eso proporcionaría una poderosa prueba de las predicciones teóricas. Pero es extremadamente difícil medir las velocidades de los aviones con suficiente precisión para realizar una prueba de este tipo.
Cuando medimos velocidades en la Tierra, cronometramos un objeto entre dos puntos. Podría tratarse de un velocista de 100 metros corriendo por la pista o de un radar punto a punto que sigue a un coche.
Nuestro equipo, dirigido por Thomas Russell del Instituto Nacional Italiano de Astrofísica en Palermo, llevó a cabo un nuevo experimento para hacer esto con chorros de estrellas de neutrones.
Lo que ha hecho que esta medición sea tan difícil en el pasado es que los chorros son flujos constantes. Esto significa que no existe un punto de partida único para nuestro cronómetro. Pero pudimos identificar una señal de corta duración en longitudes de onda de rayos X que podríamos utilizar como nuestro "pistola de partida".
Al ser tan densas, las estrellas de neutrones pueden "robar" materia de una estrella compañera en órbita cercana. Si bien parte de ese gas se lanza hacia afuera en forma de chorros, la mayor parte termina cayendo sobre la estrella de neutrones. A medida que el material se acumula, se vuelve más caliente y más denso.
Cuando se ha acumulado suficiente material, se desencadena una explosión termonuclear. Se produce una reacción de fusión nuclear desbocada que se propaga rápidamente hasta envolver toda la estrella. La fusión dura de unos segundos a minutos y provoca una explosión de rayos X de corta duración.
Pensábamos que esta explosión termonuclear alteraría los chorros de la estrella de neutrones. Entonces, utilizamos el Australia Telescope Compact Array de CSIRO para observar los chorros durante tres días en longitudes de onda de radio para intentar captar la interrupción. Al mismo tiempo, utilizamos el telescopio Integral de la Agencia Espacial Europea para observar los rayos X del sistema.
Para nuestra sorpresa, descubrimos que los chorros se volvían más brillantes después de cada pulso de rayos X. En lugar de perturbar los aviones, las explosiones termonucleares parecieron darles energía. Y este patrón se repitió diez veces en un sistema de estrellas de neutrones y luego nuevamente en un segundo sistema.
Este sorprendente resultado se explica si el pulso de rayos X hace que el gas que gira alrededor de la estrella de neutrones caiga más rápidamente hacia el interior. Esto, a su vez, proporciona más energía y material para desviar hacia los chorros.
Sin embargo, lo más importante es que podemos utilizar la ráfaga de rayos X para indicar el momento de lanzamiento de los aviones. Calculamos el tiempo que tardaron en moverse hacia afuera hasta donde se hicieron visibles en dos longitudes de onda de radio diferentes. Estos puntos de salida y llegada nos proporcionaron nuestra cámara de velocidad cósmica.
Curiosamente, la velocidad del chorro que medimos estaba cerca de la "velocidad de escape" de una estrella de neutrones. En la Tierra, esta velocidad de escape es de 11,2 kilómetros por segundo, lo que los cohetes deben alcanzar para liberarse de la gravedad de la Tierra. Para una estrella de neutrones, ese valor es aproximadamente la mitad de la velocidad de la luz.
Nuestro trabajo ha introducido una nueva técnica para medir la velocidad de los chorros de estrellas de neutrones. Nuestros próximos pasos serán ver cómo cambia la velocidad del chorro en estrellas de neutrones con diferentes masas y velocidades de rotación. Esto nos permitirá probar directamente modelos teóricos, acercándonos un paso más a descubrir cómo se lanzan estos poderosos chorros cósmicos.
Más información: Thomas D. Russell et al, Explosiones termonucleares en estrellas de neutrones revelan la velocidad de sus chorros, Naturaleza (2024). DOI:10.1038/s41586-024-07133-5
Información de la revista: Naturaleza
Proporcionado por The Conversation
Este artículo se vuelve a publicar desde The Conversation bajo una licencia Creative Commons. Lea el artículo original. 
