Telescopios del Observatorio Europeo Austral (ESO) ayudan a resolver el enigma de un púlsar

Un equipo de astrónomos ha descubierto el origen del extraño comportamiento de un púlsar, una estrella muerta que gira a muy alta velocidad.

Por ESO.

Esta reproducción artística muestra al púlsar PSR J1023 + 0038 robando gas de su estrella compañera. Este gas se acumula en un disco alrededor del púlsar, cae lentamente hacia él y finalmente es expulsado en forma de chorro estrecho. Además, hay un viento de partículas que emana del púlsar hacia afuera, representado aquí por una nube de puntos muy pequeños. Este viento choca con el gas que cae, calentándolo y haciendo que el sistema brille intensamente en rayos X y luz ultravioleta y visible. Finalmente, a través del chorro se expulsan masas de este gas caliente y el púlsar vuelve al estado inicial, más débil, repitiendo el ciclo. Se ha observado que este púlsar cambia constantemente entre estos dos estados cada pocos segundos o minutos. Crédito: ESO/M. Kornmesser

Este misterioso objeto es conocido porque cambia entre dos modos de brillo casi constantemente, y se desconocía qué provocaba estas rápidas variaciones. Ahora se ha descubierto que las responsables de estos súbitos cambios son las eyecciones repentinas de materia del púlsar en períodos muy cortos.

"Hemos sido testigos de eventos cósmicos extraordinarios donde enormes cantidades de materia, similares a balas de cañón cósmicas, se lanzan al espacio en un lapso de tiempo muy breve, de decenas de segundos, desde un objeto celeste pequeño y denso que gira a velocidades increíblemente altas", declara María Cristina Baglio, investigadora de la Universidad de Nueva York Abu Dhabi, con filiación en el Instituto Nacional Italiano de Astrofísica (INAF) y autora principal del artículo publicado hoy en Astronomy & Astrophysics.

Un ladrón de materia estelar.

Un púlsar es una estrella muerta, magnética y de rotación rápida, que emite un haz de radiación electromagnética hacia el espacio. A medida que gira, este haz cruza el cosmos (igual que el haz de un faro) y es detectado por la comunidad astronómica cuando se cruza con la línea de visión que vemos desde la Tierra. Esto hace que, vista desde nuestro planeta, el brillo de la estrella parezca pulsar.

PSR J1023+0038 o, para abreviar, J1023 es un tipo especial de púlsar con un comportamiento extraño. Situado a unos 4500 años luz de distancia, en la constelación del Sextante, orbita de cerca otra estrella. Durante la última década, el púlsar ha estado sustrayendo activamente material de esta compañera. Este material se ha ido acumulando en un disco alrededor del púlsar y va cayendo lentamente hacia él.

Esta animación, basada en una reproducción artística, muestra al púlsar PSR J1023 + 0038 robando gas de su estrella compañera. Crédito: ESO/M. Kornmesser

Desde que comenzó este proceso de acumulación de materia, prácticamente desapareció el haz de luz y el púlsar comenzó a cambiar de forma intermitente entre dos modos. En el modo alto, el púlsar emite rayos X brillantes, luz ultravioleta y visible, mientras que en el modo bajo es más tenue en estas frecuencias y emite más ondas de radio.

El púlsar puede permanecer en cada modo durante varios segundos o minutos, y luego cambiar al otro modo en solo unos segundos. Estos cambios han desconcertado a la comunidad astronómica hasta ahora.

"Nuestra campaña de observación sin precedentes, desarrollada para comprender el comportamiento de este púlsar, involucró a una docena de telescopios terrestres y espaciales de vanguardia", afirma Francesco Coti Zelati, investigador del Instituto de Ciencias del Espacio (ICE-CSIC, Barcelona, España) y coautor principal del artículo. La campaña incluyó al Very Large Telescope (VLT) de ESO y al New Technology Telescope (NTT) de ESO, que detectaron luz visible e infrarroja cercana, así como al Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA), del que ESO es socio. Durante dos noches, en junio de 2021, observaron que el sistema realiza más de 280 cambios entre sus modos alto y bajo.

"Hemos descubierto que el cambio de modo proviene de una intrincada interacción entre el viento del púlsar, un flujo de partículas de alta energía que se alejan del púlsar y la materia que fluye hacia el púlsar", dice Coti Zelati, quien también tiene filiación en el INAF.

En el modo bajo, la materia que fluye hacia el púlsar es expulsada en forma de estrecho chorro, perpendicular al disco. Poco a poco, esta materia se acumula cada vez más cerca del púlsar y, a medida que esto sucede, es azotada por los vientos que soplan desde la estrella pulsante, haciendo que la materia se caliente. Eso hace que el sistema pase al modo alto, brillando intensamente en rayos X, ultravioleta y luz visible.

Finalmente, estas masas de materia caliente son eliminadas por el púlsar a través del chorro. Con menos materia caliente en el disco, el sistema brilla de forma menos intensa, volviendo de nuevo al modo bajo.

Si bien este descubrimiento ha desvelado el misterio del extraño comportamiento de J1023, la comunidad astronómica aún tiene mucho que aprender del estudio de este sistema único, y los telescopios de ESO continuarán ayudando para observar este peculiar púlsar. En particular, el Extremely Large Telescope (ELT) de ESO, actualmente en construcción en Chile, ofrecerá una visión sin precedentes de los mecanismos de conmutación de J1023.

"El ELT nos permitirá obtener información clave sobre cómo la abundancia, distribución, dinámica y energía de la materia entrante alrededor del púlsar se ven afectadas por el comportamiento de cambio de modo", concluye Sergio Campana, Director de Investigación del Observatorio INAF Brera y coautor del estudio.

• Información facilitada por el ESO

• Este trabajo de investigación se ha presentado en un artículo científico publicado en la revista Astronomy & Astrophysics. DOI: https://doi.org/10.1051/0004-6361/202346418