Un pulsar con un hipo tremendo

Artículo publicado el 24 de julio de 2012 en el Instituto Max Planck

Científicos del Max Planck descubrieron una joven y energética estrella de neutrones con una rotación inusualmente irregular.

Los púlsares son enormes balizas cósmicas. Estas compactas estrellas de neutrones rotan alrededor de sus ejes muchas veces por segundo, emitiendo ondas de radio y radiación gamma al espacio. Usango ingeniosos métodos de análisis de datos, los investigadores del Instituto Max Planck para Física Gravitatoria y Radioastronomía, en una colaboración internacional, descubrieron un púlsar de rayos gamma muy especial a partir de los datos obtenidos por el telescopio espacial de rayos gamma Fermi. El púlsar J1838-0537 apenas tiene emisiones de radio, es muy joven y, durante el periodo de observación, experimentó el mayor fallo de rotación jamás observado para un púlsar de rayos gamma.

Púlsar de rayos gamma

Púlsar de rayos gamma Crédito: NASA


Los púlsares puros de rayos gamma son difíciles de identificar debido que se desconocen sus características, tales como su posición en el cielo, el periodo de rotación y su variación con el tiempo. Y los astrónomos solo pueden determinar su posición aproximada en el cielo a partir de las observaciones originales de Fermi. Por tanto deben comprobar muchas combinaciones de estas características en una búsqueda ciega, que requiere una gran cantidad de tiempo de cálculo. Es la única forma de encontrar una periodicidad oculta en los tiempos de llegada de los fotones de rayos gamma.

Incluso los ordenadores de alto rendimiento alcanzan rápidamente sus límites en este proceso. Por tanto, los investigadores usaron algoritmos originalmente desarrollados para el análisis de datos de ondas gravitatorias para llevar a cabo una búsqueda particularmente eficiente en los datos de Fermi. “Empleando nuevos algoritmos óptimos en nuestro clúster de ordenadores ATLAS, fuimos capaces de identificar muchas señales que antes se nos pasaron por alto”, dice Bruce Allen, Director el AEI. En noviembre de 2011, el equipo de Allen anunció el descubrimiento de nueve nuevos púlsares de rayos gamma en los datos de Fermi, los cuales habían escapado a las búsquedas anteriores. Ahora, los científicos han realizado un nuevo y extraordinario hallazgo usando los mismos métodos.

El nombre del púlsar recientemente descubierto – J1838-0537 – procede de sus coordenadas celestes. “El púlsar, con apenas 5000 años de edad, es muy joven. Gira alrededor de su propio eje aproximadamente siete veces por segundo y su posición en el cielo se sitúa alrededor de la constelación Scutum”, dice Holger Pletsch, científico en el grupo de Allen y autor principal del estudio que se acaba de publicar. “Tras el descubrimiento quedamos muy sorprendidos de que el púlsar fuese visible inicialmente solo hasta septiembre de 2009. Luego pareció desaparecer de pronto”.

Solo un complejo análisis de seguimiento permitió que un equipo internacional liderado por Pletsch resolviese el misterio del púlsar J1838-0537: no desapareció, sino que experimentó un repentino problema después del cual giró 38 millonésimas de Hertz más rápidamente que antes. “Esta diferencia puede parecer insignificantemente pequeña, pero es el mayor error medido para una púlsar puro de rayos gamma”, explica Allen. Y este comportamiento tiene sus consecuencias.

“Si se pasa por alto el súbito cambio de frecuencia, entonces tras apenas ocho horas, perdemos una rotación completa del púlsar, y no podemos seguir determinando la fase rotacional de los fotones de rayos gamma que alcanzan al detector a bordo de Fermi”, añade Pletsch. El “parpadeo” de la estrella de neutrones desaparece entonces. Si los investigadores tienen en cuenta el fallo y corrigen el cambio en la rotación, el púlsar se muestra de nuevo en los datos observacionales.

Se desconoce la causa concreta de los errores observados en muchos púlsares jóvenes. Los astrónomos consideran que los “terremoros estelares” de la corteza de una estrella de neutrones o las interacciones del interior estelar superfluido podrían ser explicaciones plausibles. “Detectar un gran número de fuertes errores en púlsares hace posible aprender más sobre la estructura internar de estos compactos cuerpos celestes”, dice Lucas Guillemot del Instituto Max Planck para Radioastronomía en Bonn, segundo autor del estudio. “Este es un buen ejemplo de la colaboración de dos institutos de Max Planck con focos de investigación complementarios”, dice Michael Kramer, Director y Jefe del Grupo de Investigación en Física Fundamental en Radioastronomía.

Tras el descubrimiento en los datos del satélite Fermi, los investigadores apuntaron el radiotelescopio de Green Bank, Virginia Occidental en Estados Unidos a la posición celeste del púlsar de rayos gamma. En una observación de casi dos horas y analizando una observación más antigua de una hora de la fuente, no encontraron signos de pulsos en el rango de radio, lo que indicaba que J1838-0537 es un púlsar puro de rayos gamma muy extraño.

Sin embargo, hubo unos interesantes solapamientos con las observaciones del High Energy Stereoscopic System (H.E.S.S.) en Namibia, que busca radiación gamma de energía muy alta procedente de las profundidades del espacio. En un estudio realizado con H.E.S.S., los astrónomos encontraron una fuente adicional para esta radiación cerca del púlsar recién descubierto, pero no han sido aún capaces de aclarar su naturaleza.

El descubrimiento del púlsar sugiere que la fuente de H.E.S.S. es una nebulosa de viento del púlsar. Estas se producen por partículas que se mueven casi a la velocidad de la luz que el púlsar acelera en su extremadamente potente campo magnético. Dado que ahora se conoce la posición exacta del púlsar, H.E.S.S. Puede tener esto en cuenta para el futuro y hacer medidas más precisas que antes en esta región del cielo.

El clúster de ordenadores ATLAS del Instituto Albert Einstein ha ayudado, por tanto, en el descubrimiento del décimo púlsar de rayos gamma; sin embargo, el equipo de Allen mientras tanto ha movilizado más capacidad de cálculo. “Desde agosto de 2011, nuestra búsqueda también ha estado ejecutándose en el proyecto de computación distribuida Einstein@Home, que tiene una potencia de cálculo superior en un factor de 10 a la del clúster ATLAS. Somos muy optimistas respecto a encontrar más púlsares inusuales de rayos gamma en los datos de Fermi”, dice Bruce Allen. Un objetivo de la búsqueda extendida es descubrir el primer púlsar puro de rayos gamma con un periodo de rotación en el rango de los milisegundos.


Fecha Original: 24 de julio de 2012
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