Muy pocas veces nos preguntamos qué hay más allá de un cielo azul, muchas tantas más no nos damos tiempo de mirar el cielo por la forma de vida tan acelerada que llevamos, dejando de lado la curiosidad. El espacio tiene una y mil maneras de sorprendernos, como el que las estrellas no solo son objetos estelares comunes que brillan por la noche. Tampoco imaginamos que hay estrellas que giran a velocidades tan altas que es posible encontrarlas gracias a sus pulsos emitidos en una dirección correcta para que podamos detectar su existencia y mucho menos que esos pulsos se puedan convertir incluso en música.

Ahora te preguntarás: ¿Seguimos hablando de estrellas?, dándote como respuesta un sí, hablamos de estrellas extrañas, densas y únicas. Estrellas que giran a docenas de veces por segundo, surgiendo nuevas vidas después de la muerte de estrellas masivas que se quedan sin combustible colapsando por su propio peso explotando como una supernova. Así es, hablamos de púlsares.

Un púlsar es un tipo de estrella cuya masa está tan comprimida que están completamente construidas de neutrones y en un espacio tan pequeño que una de estas estrellas con la misma masa del sol ocupa apenas una esfera de aproximadamente 10 km de diámetro, comparándolo con el tamaño de una gran ciudad. Agregando a esto su girar impresionantemente rápido, con periodos de rotación de entre 0,0014 y 10 segundos.

¿Cómo se descubrieron los púlsares?

Bueno, en un resumen te contaré la maravillosa historia y gracias a quién se descubrieron estos objetos estelares. Los púlsares fueron descubiertos como balizas de estrellas que se han colapsado en núcleos densos, comportándose como cualquier cosa que vemos en la Tierra. Una noche de noviembre de 1967, la astrofísica Jocelyn Bell se sorprendió cuando descubrió una señal regular y sistemática. Esta señal consistía en una serie interminable de emisiones de onda corta de radio, que estaban separadas uniformemente cada 1.3372 segundos exactamente. Después de investigar probables fuentes de estos pulsos, Bell y Hewish  se dieron cuenta que eran pulsos que se movían en el cielo de  igual manera  que las estrellas, por lo que no había duda que venían del espacio. Bell, Hewish y demás colaboradores, publicaron su descubrimiento en 1968, explicando en aquella publicación que las pulsaciones debían de provenir de un objeto muy pequeño –como una estrella de neutrones- ya que solamente un objeto muy pequeño podría variar su estructura y orientación de forma tan rápida como de una vez por segundo. Esto fue el inicio del estudio de estas poderosas y parlantes estrellas.

¿Cómo funcionan estas estrellas?

En el modelo más simple, un púlsar tiene un poderoso campo magnético con la forma de un imán de barra doméstico. El campo es tan fuerte que arranca partículas de la superficie del púlsar y las acelera. Algunas partículas (electrones) siguen el campo magnético y golpean el lado opuesto, calentando la superficie y creando puntos calientes en los polos magnéticos. Todo el púlsar brilla débilmente en rayos X, pero los puntos calientes son más brillantes. A medida que el objeto gira, estos puntos aparecen y desaparecen de la vista como los rayos de un faro cuya luz podemos ver solo si estamos en la dirección de los rayos. También debemos notar que la producción de estos rayos de energía disminuye la propia energía del pulsar, causándole una desaceleración lenta. Estas estrellas producen variaciones extremadamente regulares en el brillo de los rayos X que emiten. Normalmente el eje magnético no está alineado con el eje de rotación de la estrella. Desde la Tierra podemos ver la radiación como pulsos de la misma frecuencia de rotación de la estrella de neutrones, motivo por lo cual estas estrellas fueron identificadas como Púlsares. Debemos recalcar que todos los púlsares son estrellas de neutrones, pero no todas las estrellas de neutrones son pulsares.

Un púlsar es tan denso que su gravedad deforma el espacio-tiempo cercano, el «tejido» del universo tal como lo describe la teoría de la relatividad general de Einstein, de la misma manera que una bola de boliche en un trampolín estira la superficie. El espacio-tiempo está tan distorsionado que la luz del lado del púlsar que mira en dirección opuesta a nosotros se «dobla» y se redirige a nuestra vista. Esto hace que la estrella parezca más grande de lo que es.

¿Cómo las encontramos?

Con todo lo anterior, nos damos cuenta de que para que podamos encontrar un pulsar necesitamos algo que detecte sus ondas que producen con una determinada y característica señal. Lo que ayuda a los científicos a detectar este tipo de señales son los radiotelescopios. Se les puede obtener a lo largo de una banda de frecuencias bastante amplia (en este ejercicio, podrás sintonizar el receptor desde 400 hasta 1000 MHz). La señal se caracteriza por cortos pulsos de radio energía separados por períodos regulares. Dado que el período de un púlsar es precisamente el tiempo que le lleva a la estrella dar un giro completo, el período es el mismo independientemente de la frecuencia sintonizada en el radiotelescopio. Pero, como verás en este ejercicio, las señales se debilitan a medida que la frecuencia aumenta. También ocurre que con el aumento de la frecuencia los pulsos arriban cada vez más temprano, debido al hecho de que las ondas de radio de frecuencias más altas se propagan más rápido a través del medio interestelar, fenómeno que se conoce como dispersión interestelar. Los astrónomos hacen uso del fenómeno de la dispersión interestelar para justamente determinar la distancia a los púlsares.

¿Has oído de NICER?

NICER por sus siglas en inglés Neutron Star Interior Composition Explorer Mission, es una Misión de Oportunidad de Astrofísica dentro del programa Explorers de la NASA, que brinda oportunidades de vuelos frecuentes para investigaciones científicas de clase mundial desde el espacio utilizando enfoques de gestión innovadores, optimizados y eficientes dentro de las áreas de ciencia heliofísica y astrofísica. La Dirección de Misión de Tecnología Espacial de la NASA apoya el componente SEXTANT de la misión, demostrando la navegación de naves espaciales basadas en púlsares.

El principal objetivo científico de NICER es determinar con precisión las masas y tamaños de varios púlsares. Con esta información, los científicos finalmente podrán descifrar el estado de la materia en los núcleos de las estrellas de neutrones, materia aplastada por tremendas presiones y densidades que no se pueden replicar en la Tierra.

«Las incomparables mediciones de rayos X de NICER nos permitieron realizar los cálculos más precisos y confiables del tamaño de un púlsar hasta la fecha, con una incertidumbre de menos del 10%», dijo Miller. Todo el equipo de NICER ha hecho una contribución importante a la física fundamental que es imposible de probar en laboratorios terrestres. Con NICER podemos sondear la naturaleza de estos densos remanentes de formas que parecían imposibles hasta ahora.

Para finalizar este hermoso tema, recuerda que un púlsar es una estrella que gira tan rápido que emite chorros de energía los cuales nos ayudan a encontrar su ubicación y que los científicos puedan seguir estudiando su comportamiento.

Escrito por: Helsinky Conakry
Foto de portada: El remanente de supernova CTB 1 se asemeja a una burbuja fantasmal en esta imagen, que combina nuevas observaciones de 1,5 GHz del radiotelescopio Very Large Array (VLA) (naranja, cerca del centro) con observaciones más antiguas de la Encuesta del Plano Galáctico Canadiense del Observatorio Radio Astrophysical Dominion 1.42 GHz (magenta y amarillo), 408 MHz (verde) y datos infrarrojos (azul). Los datos del VLA revelan claramente el rastro recto y brillante del pulsar J0002 + 6216 y el borde curvo del caparazón remanente. CTB 1 tiene aproximadamente medio grado de ancho, el tamaño aparente de una luna llena.
Créditos: Jayanne English, University of Manitoba

Referencias

Jeanette Kazmierczak​. NASA’s NICER Delivers Best-ever Pulsar Measurements, 1st Surface Map. NASA (Diciembre 2019).
https://www.nasa.gov/feature/goddard/2019/nasa-s-nicer-delivers-best-ever-pulsar-measurements-1st-surface-map

Francis Reddy. NASA’s Fermi Satellite Clocks ‘Cannonball’ Pulsar Speeding Through Space. NASA (Marzo, 2019).
https://www.nasa.gov/feature/goddard/2019/nasa-s-fermi-satellite-clocks-cannonball-pulsar-speeding-through-space

Francis Reddy. NASA’s NICER Finds X-ray Boosts in the Crab Pulsar’s Radio Bursts. NASA (Abril, 2021).
https://www.nasa.gov/feature/goddard/2021/nasa-s-nicer-finds-x-ray-boosts-in-the-crab-pulsar-s-radio-bursts

José Antonio Caballero. Púlsares. Musica Universalis.
http://exoterrae.eu/musicauniversalis/MU01.pdf

Synider Glenn, Marschall Laurence. Radio Astronimía de Púlsares. Contemporary Laboratory Expiriences in Astronomy.

Keith Gendrau. NICER, Neutron star Interior Composition ExploreR. NASA GSFC.
https://heasarc.gsfc.nasa.gov/docs/nicer/gallery/slides/NICER_Science_Overview.pdf