Cuando Jocelyn Bell observó por primera vez las emisiones de un púlsar en 1967, los pulsos rítmicos de las ondas de radio confundieron tanto a los astrónomos que consideraron si la luz podría ser señales enviadas por una civilización alienígena.

Las estrellas actúan como faros estelares, disparando rayos de ondas de radio desde sus polos magnéticos. Durante más de medio siglo, la causa de esos rayos ha confundido a los científicos. Ahora, un equipo de investigadores sospecha que finalmente han identificado el mecanismo responsable. El descubrimiento podría ayudar a proyectos que se basan en el momento de las emisiones de púlsares, como los estudios de ondas gravitacionales.

La propuesta de los investigadores comienza con los fuertes campos eléctricos del púlsar, que arrancan electrones de la superficie de la estrella y los aceleran a energías extremas. Los electrones acelerados eventualmente comienzan a emitir rayos gamma de alta energía. Estos rayos gamma, cuando es absorbido por el campo magnético ultra fuerte del púlsar, producir un diluvio de electrones adicionales y sus contrapartes de antimateria, positrones.

Las partículas cargadas recién nacidas amortiguan los campos eléctricos, haciendo que oscilen. Los campos eléctricos oscilantes en presencia de los poderosos campos magnéticos del púlsar dan como resultado ondas electromagnéticas que escapan al espacio. Usando simulaciones de plasma, los investigadores encontraron que estas ondas electromagnéticas coinciden con las ondas de radio observadas desde los púlsares.

"El proceso es muy parecido a un rayo, "dice el autor principal del estudio, Alexander Philippov, un científico investigador asociado en el Centro de Astrofísica Computacional del Instituto Flatiron en la ciudad de Nueva York. "De la nada, tienes una descarga poderosa que produce una nube de electrones y positrones, y luego, como un resplandor crepuscular, hay ondas electromagnéticas ".

Philippov y sus colaboradores Andrey Timokhin de la Universidad de Zielona Góra en Polonia y Anatoly Spitkovsky de la Universidad de Princeton presentan sus hallazgos el 15 de junio en Cartas de revisión física .

Los púlsares son estrellas de neutrones, los densos y altamente magnetizados restos de estrellas colapsadas. A diferencia de otras estrellas de neutrones, los púlsares giran a velocidades vertiginosas, algunos rotan más de 700 veces por segundo. Ese giro genera poderosos campos eléctricos.

En los dos polos magnéticos de un púlsar, haces continuos de ondas de radio irrumpiendo en el espacio. Estas emisiones de radio son especiales porque son coherentes, lo que significa que las partículas que las crean se mueven al unísono. A medida que el púlsar gira, los rayos recorren en círculos el cielo. De la tierra, Los púlsares parecen parpadear a medida que los rayos entran y salen de nuestra línea de visión. La sincronización de estos parpadeos es tan precisa que rivalizan con la precisión de los relojes atómicos.

Por décadas, Los astrónomos reflexionaron sobre los orígenes de estos rayos, pero no pudieron producir una explicación viable. Philippov, Timokhin y Spitkovsky adoptaron un nuevo enfoque del problema al crear simulaciones 2-D del plasma que rodea los polos magnéticos de un púlsar (las simulaciones anteriores eran solo 1D, que no puede mostrar ondas electromagnéticas).

Sus simulaciones replican cómo los campos eléctricos de un púlsar aceleran las partículas cargadas. Esa aceleración produce fotones de alta energía que interactúan con el intenso campo magnético del púlsar para producir pares de electrones y positrones. que luego son acelerados por los campos eléctricos y crean aún más fotones. Este proceso descontrolado finalmente llena la región con pares de electrones y positrones.

En las simulaciones, los pares de electrones y positrones crean sus propios campos eléctricos que se oponen y amortiguan el campo eléctrico inicial. Finalmente, el campo eléctrico original se vuelve tan débil que llega a cero y comienza a oscilar entre valores negativos y positivos. Ese campo eléctrico oscilante, si no está exactamente alineado con el fuerte campo magnético del púlsar, produce radiación electromagnética.

Los investigadores planean ampliar sus simulaciones para acercarse a la física del mundo real de un púlsar y seguir investigando cómo funciona el proceso. Philippov espera que su trabajo finalmente mejore la investigación que se basa en observar con precisión el momento en que las emisiones de púlsares llegan a la Tierra. Astrónomos de ondas gravitacionales, por ejemplo, medir pequeñas fluctuaciones en la sincronización de púlsar para detectar ondas gravitacionales que se estiran y comprimen el tejido del espacio-tiempo.

"Si comprende cómo se produce la emisión en sí, Existe la esperanza de que también podamos producir un modelo de los errores en el reloj del púlsar que pueda usarse para mejorar las matrices de temporización del púlsar, "Dice Philippov. Además, una comprensión tan profunda podría ayudar a resolver la misteriosa fuente de ráfagas periódicas de ondas de radio, conocidas como ráfagas de radio rápidas, que emanan de estrellas de neutrones, él dice.