Descubierto el eslabón perdido de la evolución de los púlsares

Los púlsares son estrellas de neutrones magnetizadas, los núcleos muertos de estrellas masivas que explotaron como supernova cuando agotaron su combustible. Giran a gran velocidad, emitiendo pulsos de radiación electromagnética cientos de veces por segundo, como si se tratase de un faro. El análisis de estos pulsos revela que su periodo de rotación puede ser de tan sólo unos pocos milisegundos. 

Los púlsares se clasifican en función de cómo generan estas emisiones. Los púlsares de radio obtienen su energía de la rotación de su campo magnético, mientras que los púlsares de rayos X se alimentan de un disco de acreción formado por la materia que arrancan de una estrella compañera. 

Las teorías actuales sugieren que las estrellas de neutrones aceleran su rotación a medida que acumulan la masa procedente de su estrella compañera en su disco de acreción. Cuando el material del disco cae hacia la estrella, se calienta y emite rayos X. 

Tras varios miles de millones de años, la velocidad de acreción disminuye y los púlsares se encienden de nuevo, pero esta vez emitiendo ondas de radio. 

Los astrónomos piensan que existe una fase intermedia en la que las estrellas de neutrones oscilan entre estos dos estados, pero hasta ahora no se habían encontrado pruebas directas y concluyentes que respaldasen esta teoría. 

Gracias al trabajo conjunto de los observatorios espaciales Integral y XMM-Newton de la ESA, combinado con las observaciones posteriores de los satélites Swift y Chandra de la NASA y de una serie de radiotelescopios en tierra, los científicos han sorprendido finalmente a un púlsar en esta fase de transición. 

“La búsqueda ha llegado a su fin: hemos descubierto un púlsar milisegundo que, en cuestión de semanas, ha pasado de ser un púlsar de acreción, brillante en rayos X, a uno de rotación, brillante en las longitudes de onda de radio. Es el eslabón perdido de la evolución de los púlsares”, afirma Alessandro Papitto, del Instituto de Ciencias Espaciales de Barcelona, España, y líder de la investigación publicada esta semana enNature. 

Este púlsar, identificado como IGR J18245-2452, fue observado por primera vez en la banda de los rayos X por Integral el 28 de marzo de 2013. Se encuentra en el cúmulo globular M28, en la constelación de Sagitario. 

Las observaciones realizadas con XMM-Newton permitieron determinar que su periodo de rotación era de 3.9 milisegundos, lo que significa que gira sobre su propio eje más de 250 veces por segundo, clasificándolo claramente como un púlsar milisegundo de rayos X. 

Pero tras comparar su periodo de rotación y otras características con las de los otros púlsares de M28, se descubrió que encajaba perfectamente con la descripción de un púlsar observado en 2006 – sólo que aquel emitía ondas de radio.

“De aquella, parecía un púlsar milisegundo de radio convencional, pero ahora estaba brillando en la banda de los rayos X – obviamente no se trataba de un púlsar cualquiera”, añade Papitto. 

Los astrónomos continuaron observando el objeto con telescopios de rayos X, pero también iniciaron una serie de observaciones en la banda de radio, buscando indicios de un nuevo cambio de personalidad. 

Lo que no se esperaban era que este cambio de comportamiento se produjese en cuestión de semanas. 

“Pensábamos que esta transición sólo ocurriría una vez en los miles de millones de años que dura el proceso evolutivo de este tipo de sistemas, pero en menos de un mes el púlsar pasó de emitir rayos X a ondas de radio y regresó de vuelta al estado inicial, demostrando que el cambio se puede producir en una escala de tiempo extremadamente corta”, explica Enrico Bozzo, de la Universidad de Ginebra, Suiza, y coautor de la publicación. 

A pesar de que la transformación se produjo mucho más rápido de lo que se esperaba, sus características todavía concuerdan con las teorías actuales. Se piensa que la transición se basa en la interacción entre el campo magnético del púlsar y la presión del material que cae hacia él, procedente de su estrella compañera de baja masa. 

Cuando el flujo de materia procedente de la estrella compañera se intensifica, su alta densidad bloquea la emisión de ondas de radio y el púlsar sólo es visible en la banda de los rayos X, gracias a la radiación emitida por la materia del disco de acreción cuando se calienta al caer hacia la estrella de neutrones. 

Sin embargo, cuando la velocidad de acreción disminuye, el campo magnético del púlsar se expande y expulsa cualquier resto de materia, retomando la emisión de ondas de radio. 

Al estudiar los datos de archivo de este púlsar en concreto, los astrónomos han descubierto que estos ciclos se pueden repetir en cuestión de unos pocos años. 

“El descubrimiento de este púlsar en transición pone fin a décadas de trabajo buscando un objeto como éste, y nos ayudará a comprender mejor el proceso evolutivo de los púlsares”, explica Erik Kuulkers, Científico del Proyecto Integral para la ESA. 

“Aunque tardamos años en detectar este primer ejemplo, pensamos que este tipo de púlsares en sistemas binarios son bastante comunes, por lo que estamos deseando encontrar muchos más”, concluye Norbert Schartel, Científico del Proyecto XMM-Newton para la ESA.

Más información

Puedes consultar una versión más extensa de esta historia en ESA SciTech:  Swinging between X-rays and radio waves: the missing-link pulsar

‘Swings between rotation and accretion power in a millisecond binary pulsar’, de A. Papitto et al. se publicará en la revistaNatureel 26 de septiembre de 2013. 

Este estudio se basa en los datos recogidos por una serie de observatorios espaciales de alta energía y de radiotelescopios en tierra: los satélites Integral y XMM-Newton de la ESA, los telescopios espaciales Swift y Chandra de la NASA, los radiotelescopios ATCA y Parkes de CSIRO, Australia, el telescopio Robert C. Byrd Green Bank de NRAO y el radiotelescopio WSRT de ASTRON, en los Países Bajos.

Para más información:

Markus Bauer
ESA Science and Robotic Exploration Communication Officer

Tel: +31 71 565 6799

Mob: +31 61 594 3 954

Email: markus.bauer@esa.int

Alessandro Papitto
Institut de Ciències de l’Espai (ICE), CSIC-IEEC (Spanish National Research Council - Institute for Space Studies of Catalonia)
Barcelona, Spain
Tel: +34 935 868355
Email: papitto@ice.csic.es

Enrico Bozzo
ISDC Data Centre for Astrophysics
University of Geneva, Switzerland
Tel: +41 79 3129209
Email: Enrico.Bozzo@unige.ch

Erik Kuulkers
ESA Integral Project Scientist
Tel: +34 918131358
Email: Erik.Kuulkers@esa.int

Norbert Schartel
ESA XMM-Newton Project Scientist
Tel: +34 91 8131 184
Email: Norbert.Schartel@esa.int