Identifican una estrella capaz de formar un magnetar, el tipo de imán más potente del Universo
Con un volumen ligeramente menor que el del Sol, pero diez veces más caliente, debería explotar en una supernova y generar una estrella de neutrones con un campo magnético 100 billones de veces más intenso que el de la Tierra.
por José Tadeu Arantes | Agência FAPESP –
Los magnetares son los objetos con los campos magnéticos más fuertes conocidos en el Universo, del orden de 10 13 a 10 15 gauss. A modo de comparación, el campo magnético en la superficie de la Tierra oscila entre 0,25 y 0,65 gauss. Una hipótesis de formación es que el magnetar es una estrella de neutrones cuya estrella precursora ya tenía un campo magnético lo suficientemente expresivo como para haberse intensificado enormemente durante la explosión de supernova y el posterior colapso gravitacional que originó la estrella de neutrones.
Un estudio observacional realizado ahora podría aportar importantes aclaraciones para la comprensión del fenómeno, ya que identificó una estrella precursora, HD 45166, con condiciones para generar un magnetar. Es la primera vez que se observa una estrella con estas condiciones: su masa es lo suficientemente grande como para explotar en una supernova y, posteriormente, colapsar en una estrella de neutrones; y su campo magnético es lo suficientemente fuerte como para producir un magnetar durante el colapso.
El trabajo fue realizado por un equipo internacional, liderado por el israelí Tomer Shenar , de la Universidad de Ámsterdam, en Países Bajos. Y contó con la importante participación del brasileño Alexandre Soares de Oliveira , de la Universidad de Vale do Paraíba (Univap). Un artículo al respecto fue publicado en la revista Science .
“La estrella que identificamos, HD 45166, tiene un campo magnético de 43 kilogauss [43 X 10 3 G]. Y debería producir un magnetar con un campo magnético del orden de 100 billones de gauss. La explicación física de este asombroso crecimiento es que el colapso gravitacional hace que la estrella se encoja dramáticamente. Y, como su superficie se reduce mucho, la densidad de flujo del campo magnético crece proporcionalmente”, explica Oliveira a Agência FAPESP .
La densidad de flujo está dada por el número de líneas de campo magnético que cruzan una unidad de área. Y, para tener una idea de lo que dice el investigador, es necesario recordar que, en las estrellas de neutrones, masas del orden de 1,1 a 2,1 masas solares se comprimen en esferas de sólo 20 kilómetros de radio, aproximadamente. La superficie de la estrella de neutrones es extremadamente pequeña. Y esto permite entender por qué el campo magnético se intensifica tanto.
Oliveira recuerda algunas predicciones del modelo estándar de evolución estelar. “Las estrellas con masas de hasta ocho veces la masa del Sol evolucionan como enanas blancas. Después de expulsar la mayor parte de su material, lo que queda es una masa densa y caliente, aproximadamente del tamaño de la Tierra. Sin embargo, cuando la masa es superior a ocho masas solares, la estrella explota como supernova al completar su ciclo. Y el material restante colapsa por efecto gravitacional, formando una estrella de neutrones. Cuando la masa es incluso mucho mayor que eso, el colapso gravitacional después de la explosión de la supernova da lugar a un agujero negro”.
HD 45166 es la estrella masiva con mayor evolución magnética encontrada hasta la fecha. El estudio en cuestión demostró que tiene un campo magnético de 43 kilogausios. “Nuestros cálculos sugieren que cuando explote como una supernova de tipo Ib o IIb y sufra un colapso gravitacional, dentro de unos millones de años su campo magnético se concentrará debido al colapso y probablemente se convertirá en una estrella de neutrones con un campo magnético del mismo tamaño del orden de 100 billones de gauss”, informa el investigador.
En ese momento, HD 45166 habrá originado un magnetar, el imán más poderoso conocido en el Universo: más de 100 millones de veces más fuerte que los imanes más potentes producidos por la humanidad. Actualmente se conocen unos 30 magnetares. HD 45166 se encuentra a unos 3.200 años luz de la Tierra, en la constelación de Monoceros.
El investigador proporciona detalles. “HD 45166 es un sistema binario, formado por una estrella de tipo qWR [quasi–Wolf-Rayet], que es una estrella de helio evolucionada, masiva y extremadamente caliente, y por una estrella de secuencia principal de tipo espectral B, por tanto, una estrella azul Estrella en su fase adulta, pero no tan evolucionada. Están separados por unas 10,5 unidades astronómicas, es decir, por 10,5 veces la distancia media entre la Tierra y el Sol. Y se orbitan entre sí con un periodo de 22,5 años. Actualmente, el qWR es ligeramente más pequeño que el Sol, pero diez veces más caliente, mientras que su estrella compañera tiene dos veces y media el volumen del Sol y el doble de su temperatura”.
Histórico
Estos y muchos otros datos que plantea el estudio son fruto de un trabajo que, además, abarcó más de 20 años. Oliveira comenzó a estudiar HD 45166 en su investigación doctoral, realizada entre 1998 y 2003, inicialmente en el Observatorio Pico dos Dias , del Laboratorio Nacional de Astrofísica (LNA), ubicado entre los municipios de Brazópolis y Piranguçu, en Minas Gerais. , y luego en el Observatorio La Silla , de la colaboración Observatorio Europeo Austral (ESO), ubicado en el desierto de Atacama, Chile. Y Tomer Shenar y su equipo agregaron información obtenida en varias instalaciones alrededor del mundo, en particular el Telescopio Canadá-Francia-Hawái ( CFHT ) en Mauna Kea, Hawaii.
“Los datos de espectropolarimetría producidos por Shenar y colaboradores del CFHT fueron fundamentales”, destaca Oliveira. En astronomía y astrofísica, la espectropolarimetría es una técnica que analiza el espectro de luz polarizada emitida por los objetos para determinar algunas de sus propiedades, particularmente el campo magnético. “Las características de polarización circular observadas en HD 45166, así como el efecto Zeeman, es decir, la división de los rayos espectrales, detectado en algunos rayos, confirman la presencia de un fuerte campo magnético”, afirma el investigador.
El componente más activo del sistema binario HD 45166 es, por supuesto, el qWR. Estas estrellas de tipo Wolf-Rayet, que llevan el nombre de los astrónomos franceses Charles Wolf y Georges Rayet, que las descubrieron en 1867, son objetos masivos con amplias e intensas líneas de emisión características del helio y otros elementos químicos más pesados (carbono, nitrógeno y oxígeno), que dan fe de su madurez, es decir, de que se encuentran en una fase avanzada del ciclo de evolución estelar.
“Nuestra estrella de interés es básicamente el núcleo de helio expuesto de una estrella que ha perdido sus capas exteriores de hidrógeno. La propuesta que hacemos es que se formó por la fusión de dos estrellas de helio de menor masa. En la etapa actual, es lo suficientemente masivo como para explotar en una supernova y producir una estrella de neutrones y lo suficientemente fuerte en un campo magnético como para generar un magnetar”, concluye Oliveira.
Parte de este trabajo fue financiado por la FAPESP a través de una beca en el extranjero otorgada a Oliveira.
Se puede acceder al artículo Una estrella de helio masiva con un campo magnético suficientemente fuerte para formar un magnetar en: www.science.org/doi/10.1126/science.ade3293 .