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Magnetar

Concepción artística de un magnetar, con líneas de campo magnético.
Concepción artística de un poderoso magnetar en un cúmulo estelar

Un magnetar es un tipo de estrella de neutrones con un campo magnético extremadamente potente (~10 9 a 10 11 T , ~10 13 a 10 15 G ). [1] La desintegración del campo magnético impulsa la emisión de radiación electromagnética de alta energía , particularmente rayos X y rayos gamma . [2]

La existencia de magnetares fue propuesta en 1992 por Robert Duncan y Christopher Thompson . [3] Su propuesta buscaba explicar las propiedades de las fuentes transitorias de rayos gamma, ahora conocidas como repetidores gamma suaves (SGR). [4] [5] Durante la década siguiente, la hipótesis del magnetar fue ampliamente aceptada y se amplió para explicar los púlsares anómalos de rayos X (AXP). En julio de 2021 , se conocían 24 magnetares confirmados. [6]

Se ha sugerido que los magnetares son la fuente de ráfagas de radio rápidas (FRB), en particular como resultado de los hallazgos realizados en 2020 por científicos que utilizan el radiotelescopio Australian Square Kilometer Array Pathfinder (ASKAP). [7]

Descripción

Al igual que otras estrellas de neutrones , los magnetares tienen alrededor de 20 kilómetros (12 millas) de diámetro y una masa de aproximadamente 1,4 masas solares. Se forman por el colapso de una estrella con una masa entre 10 y 25 veces la del Sol . La densidad del interior de un magnetar es tal que una cucharada de su sustancia tendría una masa de más de 100 millones de toneladas. [2] Los magnetares se diferencian de otras estrellas de neutrones por tener campos magnéticos aún más fuertes y por girar más lentamente en comparación. La mayoría de los magnetares observados giran una vez cada dos a diez segundos, [8] mientras que las estrellas de neutrones típicas, observadas como radiopúlsares, giran de una a diez veces por segundo. [9] El campo magnético de un magnetar da lugar a estallidos muy fuertes y característicos de rayos X y rayos gamma. La vida activa de un magnetar es corta en comparación con la de otros cuerpos celestes. Sus fuertes campos magnéticos decaen después de unos 10.000 años, después de lo cual cesa la actividad y la fuerte emisión de rayos X. Dada la cantidad de magnetares observables hoy en día, una estimación sitúa la cantidad de magnetares inactivos en la Vía Láctea en 30 millones o más. [8]

Los terremotos estelares desencadenados en la superficie del magnetar perturban el campo magnético que lo rodea, lo que a menudo conduce a emisiones de llamaradas de rayos gamma extremadamente poderosas que se registraron en la Tierra en 1979, 1998 y 2004. [10]

Tipos de estrellas de neutrones (24 de junio de 2020)

Campo magnético

Magnetar (concepto artístico)

Los magnetares se caracterizan por sus campos magnéticos extremadamente potentes de ~10 9 a 10 11 T. [6] Estos campos magnéticos son cien millones de veces más fuertes que cualquier imán creado por el hombre, [11] y alrededor de un billón de veces más poderosos que el campo que rodea la Tierra . [12] La Tierra tiene un campo geomagnético de 30 a 60 microteslas, y un imán de tierras raras basado en neodimio tiene un campo de aproximadamente 1,25 teslas, con una densidad de energía magnética de 4,0 × 10 5 J/m 3 . Por el contrario, el campo de 10 10 teslas de un magnetar tiene una densidad de energía de4,0 × 10 25  J/m 3 , con una densidad de masa E / c 2 más de 10.000 veces la del plomo . El campo magnético de un magnetar sería letal incluso a una distancia de 1.000 km debido a que el fuerte campo magnético distorsiona las nubes de electrones de los átomos constituyentes del sujeto, haciendo imposible la química de las formas de vida conocidas. [13] A una distancia media entre la Tierra y la Luna, siendo la distancia promedio entre la Tierra y la Luna de 384.400 km (238.900 millas), un magnetar podría borrar la información de las bandas magnéticas de todas las tarjetas de crédito de la Tierra. [14] A partir de 2020 , son los objetos magnéticos más poderosos detectados en todo el universo. [10] [15]

Como se describe en el artículo de portada de Scientific American de febrero de 2003 , suceden cosas extraordinarias dentro de un campo magnético de fuerza magnetar. " Los fotones de rayos X se dividen fácilmente en dos o se fusionan. El vacío mismo está polarizado , volviéndose fuertemente birrefringente , como un cristal de calcita . Los átomos se deforman en largos cilindros más delgados que la longitud de onda cuántica-relativista de De Broglie de un electrón". [4] En un campo de aproximadamente 10 orbitales atómicos de 5 teslas se deforman en forma de varillas. A 10 10 teslas, un átomo de hidrógeno se vuelve 200 veces más estrecho que su diámetro normal. [4]

Orígenes de los campos magnéticos

La teoría dominante sobre los fuertes campos de los magnetares es que son el resultado de un proceso de dinamo magnetohidrodinámico en el fluido conductor turbulento y extremadamente denso que existe antes de que la estrella de neutrones alcance su configuración de equilibrio. [16] Estos campos luego persisten debido a corrientes persistentes en una fase de materia superconductora de protones que existe a una profundidad intermedia dentro de la estrella de neutrones (donde los neutrones predominan en masa). Un proceso de dinamo magnetohidrodinámico similar produce campos transitorios aún más intensos durante la coalescencia de pares de estrellas de neutrones. [17] Pero otra teoría es que simplemente son el resultado del colapso de estrellas con campos magnéticos inusualmente fuertes. [18]

Formación

Magnetar SGR 1900+14 (centro de la imagen) que muestra un anillo de gas circundante de 7 años luz de diámetro en luz infrarroja, visto por el Telescopio Espacial Spitzer . El magnetar en sí no es visible en esta longitud de onda, pero se ha visto en luz de rayos X.

En una supernova , una estrella colapsa hasta convertirse en una estrella de neutrones y su campo magnético aumenta dramáticamente en intensidad debido a la conservación del flujo magnético . Reducir a la mitad una dimensión lineal aumenta cuatro veces la intensidad del campo magnético. Duncan y Thompson calcularon que cuando el giro, la temperatura y el campo magnético de una estrella de neutrones recién formada caen en los rangos correctos, podría actuar un mecanismo de dinamo , convirtiendo el calor y la energía rotacional en energía magnética y aumentando el campo magnético, que normalmente ya es enorme. 8 teslas , hasta más de 10 11 teslas (o 10 15 gauss ). El resultado es un magnetar . [19] Se estima que aproximadamente una de cada diez explosiones de supernova da como resultado un magnetar en lugar de una estrella de neutrones o un púlsar más estándar . [20]

descubrimiento de 1979

El 5 de marzo de 1979, unos meses después del lanzamiento exitoso de los módulos de aterrizaje en la atmósfera de Venus , las dos sondas espaciales soviéticas no tripuladas Venera 11 y 12 , entonces en órbita heliocéntrica , fueron alcanzadas por una explosión de radiación gamma aproximadamente a las 10:51 EST. . Este contacto elevó las lecturas de radiación en ambas sondas de 100 cuentas por segundo normales a más de 200.000 cuentas por segundo en sólo una fracción de milisegundo. [4]

Once segundos más tarde, Helios 2 , una sonda de la NASA , que se encontraba en órbita alrededor del Sol , quedó saturada por la explosión de radiación. Pronto llegó a Venus, donde los detectores del Pioneer Venus Orbiter fueron superados por la onda. Poco después, los rayos gamma inundaron los detectores de tres satélites Vela del Departamento de Defensa de Estados Unidos , el satélite soviético Prognoz 7 y el Observatorio Einstein , todos ellos en órbita alrededor de la Tierra. Antes de salir del sistema solar, la radiación fue detectada por el Explorador Internacional Sol-Tierra en órbita de halo .

Esta fue la ola más fuerte de rayos gamma extrasolares jamás detectada, con más de 100 veces más intensidad que cualquier explosión conocida anteriormente. Dada la velocidad de la luz y su detección por varias naves espaciales muy dispersas, la fuente de radiación gamma podría triangularse con una precisión de aproximadamente 2 segundos de arco . [21] La dirección de la fuente correspondía con los restos de una estrella que se había convertido en supernova alrededor del 3000 a.C. [10] Fue en la Gran Nube de Magallanes y la fuente fue nombrada SGR 0525-66 ; el evento en sí fue nombrado GRB 790305b , la primera megallamarada SGR observada.

Descubrimientos recientes

Impresión artística de un estallido de rayos gamma y una supernova impulsada por un magnetar [22]

El 21 de febrero de 2008, se anunció que la NASA y los investigadores de la Universidad McGill habían descubierto una estrella de neutrones con las propiedades de un radiopúlsar que emitía algunas ráfagas impulsadas magnéticamente, como un magnetar. Esto sugiere que los magnetares no son simplemente un tipo raro de púlsar , sino que pueden ser una fase (posiblemente reversible) en la vida de algunos púlsares. [23] El 24 de septiembre de 2008, ESO anunció lo que determinó era el primer candidato a magnetar ópticamente activo descubierto hasta ahora, utilizando el Very Large Telescope de ESO . El objeto recién descubierto fue designado SWIFT J195509+261406. [24] El 1 de septiembre de 2014, la ESA publicó la noticia de un magnetar cerca del remanente de supernova Kesteven 79 . Astrónomos de Europa y China descubrieron este magnetar, denominado 3XMM J185246.6+003317, en 2013 al observar imágenes tomadas en 2008 y 2009. [25] En 2013, se descubrió un magnetar PSR J1745-2900 , que orbita alrededor del planeta. agujero negro en el sistema Sagitario A* . Este objeto proporciona una valiosa herramienta para estudiar el medio interestelar ionizado hacia el Centro Galáctico . En 2018, se determinó que el resultado temporal de la fusión de dos estrellas de neutrones era un magnetar hipermasivo, que poco después colapsó en un agujero negro. [26]

En abril de 2020, se sugirió un posible vínculo entre las ráfagas de radio rápidas (FRB) y los magnetares, basándose en observaciones de SGR 1935+2154 , un probable magnetar ubicado en la Vía Láctea . [27] [28] [29] [30] [31]

Magnetares conocidos

El 27 de diciembre de 2004, una explosión de rayos gamma de SGR 1806-20 atravesó el Sistema Solar ( se muestra la concepción del artista ). La explosión fue tan poderosa que tuvo efectos en la atmósfera terrestre, a una distancia de unos 50.000 años luz .

En julio de 2021 , se conocen 24 magnetares y seis candidatos más esperan confirmación. [6] Se proporciona una lista completa en el catálogo en línea de McGill SGR/AXP. [6] Ejemplos de magnetares conocidos incluyen:

Supernovas brillantes

Se cree que las supernovas inusualmente brillantes son el resultado de la muerte de estrellas muy grandes como supernovas de inestabilidad de pares (o supernovas de inestabilidad de pares pulsacionales). Sin embargo, investigaciones recientes realizadas por astrónomos [41] [42] han postulado que la energía liberada por magnetares recién formados hacia los restos de supernova circundantes puede ser responsable de algunas de las supernovas más brillantes, como SN 2005ap y SN 2008es. [43] [44] [45]

Ver también

Referencias

Específico
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Libros y literatura
General

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