Seguramente los púlsares sean uno de los objetos celestes que más curiosidad despierten. Los argumentos que se han dado para explicar esos rápidos pulsos de luz han ido desde hombrecillos verdes hasta compleja física cuántica. Aquí vamos a aclarar qué son, cómo se descubren y cuáles son los fundamentos físicos que se esconden detrás de ellos. Vamos.
En 1934 el origen de la gran cantidad de energía que entra en juego en las supernovas aún era un misterio. Estudiando este enigma, Walter Baade y Fritz Zwicky postularon un tipo nuevo de objeto: estrellas de neutrones. Los neutrones habían sido descubiertos experimentalmente dos años antes, pero como la existencia de estrellas de neutrones no podía comprobarse experimentalmente, estos objetos se consideraron pura teoría y la comunidad científica no las tomó en serio.
Baade y Zwicky fueron los primeros en hipotetizar las estrellas de neutrones
Paralelamente a estos estudios, en la Universidad de Cambridge (Reino Unido), un equipo estaba inmerso en el diseño y construcción de un radiotelescopio destinado a estudiar quásares. En 1967 este telescopio comenzó a operar y estudiando los datos que tomaba estaba Jocelyn Bell. Bell era originaria de Belfast, se había graduado en la Universidad de Glasgow en 1965 y se encontraba haciendo su tesis en este grupo de científicos liderado por Antony Hewish. Ella era la encargada de estudiar cada cuatro día los 120 metros de papel donde se registraban los datos del radiotelescopio, y descubrió una pequeña señal que se repetía cada 1,3 segundos. Demasiado corta y regular como para provenir de un quásar, Bell comprendió que aquella señal era importante y así se lo comunicó a su equipo.
Jocelyn Bell descubrió las señales de los púlsares
En un primer momento, la señal se llamó ‘LGM’, siglas de Little Green Men (pequeños hombrecillos verdes), ya que se llegó a barajar la idea de que esta señal fuera un intento de comunicación de una civilización extraterrestre. Esta interpretación se descartó cuando empezaron a descubrirse señales parecidas provenientes de otros lugares del cielo, siempre con frecuencias entre 0.2 y 1.5s. El debate era intenso, hasta que en 1968 todo cambió: se descubrió el púlsar de la Nebulosa de Cangrejo.
Por primera vez se encontró, sin lugar a dudas, el objeto del cual provenía esta señal, y resultó que ese objeto estaba en los restos de una supernova. Se rescató entonces la idea de las estrellas de neutrones de Baade y Zwicky y se confirmaron dos cosas: que este tipo de objetos efectivamente existía y estaba relacionado con la muerte de estrellas muy masivas, y que eran la fuente de las señales LGM. Pasaron a llamarse Púlsares, de pulsating radio sources. La observaciones del equipo de Cambridge se publicaron en la revista Nature con Hewish de primer autor y Bell de segunda, seguida del resto del equipo. En 1972 este descubrimiento le valió a Hewish el premio Nobel de física, que no a Bell, la cual sólo fue nombrada brevemente y de soslayo por Hewish en el discurso de entrega del premio.
Con el descubrimiento del púlsar de la Nebulosa del Cangrejo se recupera el trabajo de Baade y Zwicky
¿Pero qué son estos objetos?
Cuando las estrellas agotan el hidrógeno en el núcleo, comienzan a morir. Para las estrellas de menos de 4 veces la masa del Sol, el aumento de temperatura sólo alcanza para quemar helio en el núcleo y producir carbono. Pero las estrellas más masivas sí que alcanzan temperaturas superiores y, tras agotar el helio en el núcleo, pasan a quemar carbono, silicio, y así sucesivamente, produciendo cada vez elementos más pesados en éste. Hasta llegar al hierro, ya que la fusión de este elemento no genera energía, sino que a consume. En las estrellas muy masivas, el núcleo de hierro es muy grande, y supera el límite de masa de Chandrasekhar. Este límite nos dice cuánta masa puede tener una estrella como máximo sin colapsar sobre sí misma por gravedad.
Así pues, nuestro núcleo de hierro colapsa sobre sí mismo. La estrella moribunda se desmorona y en el proceso, las altas temperaturas hace que los fotones separen protones y neutrones. Es decir, en el colapso gravitatorio se deshace todo el trabajo de formación de elementos pesados que ha hecho la estrella a lo largo de su vida. Al colapsar también aumenta la densidad, así que los protones capturan electrones y se fusionan para formar neutrones, emitiendo neutrinos que se llevan gran parte de la energía. Esa pérdida de energía favorece el colapso.
El desmoronamiento del sistema parece imparable, pero llega un momento en el que el núcleo, formado íntegramente por neutrones, ya no puede colapsar más debido a las altas densidades, y se estabiliza: ha nacido una estrella de neutrones. Para hacernos una idea de la densidad de estos objetos, sería como meter toda la Tierra en un campo de fútbol.
Las estrellas de neutrones son el colapso del núcleo de estrellas masivas
El núcleo ha pasado en un solo segundo de tener un diámetro de unos 8000km a 10km, liberando una brutal cantidad de energía: 10^46 J. Con la energía de sólo un evento de este tipo habría energía suficiente para abastecer a todos los países de la Unión Europea durante 10^26 años, mucho más que la edad del Universo.
Para el resto de capas de la estrella, el suelo ha desaparecido de repente, y cae, chocando contra el núcleo y rebotando hacia afuera, formando la nebulosa remanente de supernova que encontramos alrededor de las estrellas de neutrones.
En el proceso de colapso del núcleo, la rotación de éste sobre sí mismo se acelera muchísimo, como se acelera un patinador sobre hielo girando al pegar los brazos al cuerpo disminuyendo su diámetro. Además, el campo magnético se concentra ahora en un área mucho más pequeña, por lo que también aumenta su intensidad. Así pues, tenemos un objeto muy pequeño formado por neutrones, muy denso y por tanto con mucha gravedad, girando muy rápido sobre sí mismo y con un fuerte campo magnético.
Su gravedad y el campo magnético atrae los electrones que han quedado dispersos a su alrededor y los acelera llevándolos hacia los polos norte y sur del campo magnético. Cuándo se aceleran electrones, es decir, cuando se excitan, emiten luz. La luz de estos electrones está muy colimada y se forman dos focos que salen de los polos magnéticos de la estrella de neutrones. Cuándo el eje de rotación de la estrella es tal que en su movimiento los polos magnéticos apuntan brevemente hacia la nosotros, lo que vemos es la luz de esos focos que nos alumbra brevemente y luego se va, periódicamente. Es decir, esos pulsos de luz cada pocas fracciones de segundos son como el fogonazo de un faro que nos apunta, y el periodo de tiempo entre un fogonazo y otro nos dice a qué velocidad gira la estrella de neutrones.
Los púlsares son estrellas de neutrones debidamente orientadas respecto a la Tierra
Los púlsares son los faros del Universo.
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