La Singularidad Desnuda

Un universo impredecible de pensamientos y cavilaciones sobre ciencia, tecnología y otros conundros

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Detectada una atmósfera de carbono en una joven estrella de neutrones

Posted by Carlos en noviembre 7, 2009

Cassiopeia A supernova remnant

NASA/CXC/MIT/UMass Amherst/M.D.Stage et al.

Casiopea A es un objeto fascinante. Se trata de una estrella de neutrones remanente de una supernova que tuvo su origen a unos 3,3-3,7 kpc de distancia de la Tierra, hace unos 300 años (se piensa el evento podría corresponderse con registros históricos de 1680). La imagen superior muestra restos de material en expansión a una velocidad de unos 4 000 km/s y a temperaturas de unos 30 millones de kelvins. La onda de choque de la nube de material distorsiona las líneas de campo magnético, creando una especie de acelerador de partículas natural que convierte a Casiopea A en la radiofuente más intensa del firmamente (fuera del Sistema Solar).

Con todo, lo más interesante está en el interior de la nube. Se trata de una jovencísima estrella de neutrones que ofrece una ventana de observación única a la infancia de este tipo de objetos astronómicos. Utilizando dos conjuntos de datos recopilados por el Observatorio de Rayos X Chandra relativos al espectro de emisión de Casiopea A, Wynn C. G. Ho (de la Universidad de Southampton) y Craig O. Heinke (de la Universidad de Alberta) han realizado un estudio de la posible composición atmosférica de esta estrella de neutrones. Quien haya tenido ocasión de leer la fantástica “Huevo de Dragón” de Robert L. Forward recordará como los cheela habitaban la superficie de una estrella de neutrones rodeada de una milimétrica atmósfera compuesta fundamentalmente de hierro. Este tipo de atmósfera es el que se puede esperar en estrellas de neutrones maduras, pero no se corresponde con las características de Casiopea A. Ho y Heinke han considerado diferentes composiciones atmosféricas tales como carbono, helio, nitrógeno, oxígeno, e hidrógeno, así como un modelo de cuerpo negro. Los resultados los exponen en un trabajo titulado

publicado en Nature. Como indica el título del trabajo, la conclusión es que Casiopea A está rodeada de una finísima atmósfera de carbono (de unos 10 cm, pero con la densidad del diamante). Una atmósfera de estas características es consistente con el espectro observado, y a diferencia de otras composiciones atmosféricas sugiere que la superficie no tendría pequeñas regiones calientes, sino que la región de emisión superficial sería comparable al tamaño de la estrella (~12-15 km, lo que encaja muy bien con el tamaño predicho de unos 10-14 km). En otras palabras, no habría variación en la emisión a medida que la estrella rota, y por eso no se observarían pulsaciones, nuevamente de manera consistente con los datos.

Estructura de Casiopea A

Credit: X-ray: NASA/CXC/Southampton/ W. Ho et al.; Illustration: NASA/CXC/M.Weiss

Dependiendo de la distancia exacta a la que Casiopea A se encuentre, pueden obtenerse estimaciones de su temperatura y masa (que en el primer caso corresponden a temperaturas medias superficiales, a diferencia de los púlsares, en los que la temperatura medida es la de la región caliente, y por lo tanto una cota superior de la temperatura superficial). Dicha temperatura ronda los 1,8 millones de kelvins, y la masa de la estrella está acotada en 1,5-2,4 masas solares. La temperatura en las capas por debajo de la superficie puede superar los 100 millones de kelvins, lo que significaría que los materiales que por acrecimiento caigan en la estrella estarían sujetos a combustión nuclear (lo que acabaría con el hidrógeno en menos de un año, y con el helio en menos de un siglo). Entre diez mil y un millón de años en el futuro, la temperatura habrá bajado lo suficiente para que empiece a formarse una atmósfera de materiales ligeros.

Otra interesante propiedad de Casiopea A es la ausencia de un campo magnético fuerte. Queda por ver si el campo magnéticode la estrella progenitora está de alguna forma atrapado en el interior de la estrella de neutrones y emergerá en el futuro, o si de alguna forma esta baja actividad magnética es una propiedad permanente de esta estrella de neutrones. En ese caso podría haber un gran número de estrellas de neutrones análogas ocultas en el firmamento. Fascinante.

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Un reloj de rayos gamma

Posted by Carlos en diciembre 2, 2006

Cuando hace años -en 1967- se descubrió el primer púlsar, se le asignó el acrónimo LGM por Little Green Men (hombrecillos verdes): la fuente emitía una señal en la banda de ondas de radio con una regularidad asombrosa, por lo que una de las primeras hipótesis fue que el origen de la emisión no era natural. Posteriormente se descartó esta posibilidad, cuando se descubrieron otras fuentes similares, y se pudo explicar la naturaleza del fenómeno: una estrella de neutrones en rotación, que emitía un haz de partículas que sólo recibíamos durante un breve lapso de tiempo en cada rotación, cuando se alineaba con la Tierra (como un faro en la lejanía). La lección de esta historia es que el Universo es una caja de sorpresas, capaz de proporcionarnos misterios o fenómenos sorprendentes constantemente.

Uno de estos fenómenos ha sido descubierto por el equipo de astrofísicos del High Energy Stereoscopic System (H.E.S.S.) . Concretamente, según han publicado en Astronomy and Astrophysics, han descubierto una señal modulada en la banda de rayos gamma de alta energía. Para entendernos, la energía de los fotones recibidos está en el rango de los Tera-electronvoltios (1 TeV = 1012 eV), más o menos la energía cinética de un mosquito volando. La posible fuente de un haz regular de esta energía tiene que ser realmente espectacular, y de hecho la hipótesis así lo indica. Se trata de un sistema doble compuesto de una estrella azúl muy masiva, y de un objeto muy compacto (un agujero negro o una estrella de neutrones). Estos dos objetos se encuentran en una órbita muy próxima, lo que es causa de diferentes fenómenos. Por un lado, el objeto compacto interactúa de manera compleja con el campo magnético de la estrella, y con la luz que emite. De resultas de la gran cantidad de energía que este objeto recibe, se origina un jet (chorro de materia) relativista (como en los quasars) responsable de los rayos gamma que recibimos. Por otra parte, el denso viento solar de la estrella actúa como una especie de niebla, dispersando la radiación, y haciendo que en determinados momentos durante la órbita la intensidad que recibimos sea mucho menor. La siguiente figura (tomada de la nota de prensa del H.E.S.S.) ilustra la situación:

Sistema doble LS5039

A pesar de todo, quedan todavía bastantes cosas por conocer. Por ejemplo, si el objeto compacto del que se habla es una estrella de neutrones o un agujero negro, o por qué el jet “sólo” alcanza un 20% de la velocidad de la luz. El Universo sigue siendo una caja de sorpresas.

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