La Nebulosa del Cangrejo, una nube de restos de supernova de seis años luz de longitud, contiene una estrella de neutrones que gira 30 veces por segundo, uno de los púlsares de rayos X y ondas de radio más brillantes del cielo. Esta fusión de imágenes del telescopio espacial Hubble muestra los diferentes gases expulsados durante la explosión: el azul muestra oxígeno neutro, el verde muestra azufre ionizado simple y el rojo muestra oxígeno ionizado doble. Créditos de imagen: NASA, ESA, J. Hester y A. Loll (Universidad Estatal de Arizona)
Una colaboración científica global que utiliza datos del telescopio de la NASA con la estrella de neutrones Interior Composition Explorer (NICER) en la Estación Espacial Internacional ha descubierto descargas de rayos X que acompañan a las llamaradas de radio de un púlsar en la Nebulosa del Cangrejo. El descubrimiento muestra que estos estallidos, conocidos como pulsos de radio gigantes, liberan mucha más energía de lo que se pensaba anteriormente.
Un púlsar es un tipo de estrella de neutrones que gira rápidamente, el núcleo aplastado de una estrella del tamaño de una ciudad que explotó como una supernova. Una estrella de neutrones joven y aislada puede girar docenas de veces por segundo, y su campo magnético giratorio alimenta los rayos de ondas de radio, luz visible, rayos X y rayos gamma. Si estos rayos barren la Tierra, los astrónomos observan pulsos de emisión como un reloj y clasifican el objeto como un púlsar.
“De más de 2.800 púlsares catalogados, el pulsar Krab es uno de los pocos que emite pulsos de radio gigantes que aparecen esporádicamente y pueden ser cientos o miles de veces más brillantes que los pulsos ordinarios”, dijo el científico principal Teruaki Enoto del RIKEN Cluster for Pioneering Investigación en Wako., Prefectura de Saitama, Japón. “Después de décadas de observación, solo se ha demostrado que el Cangrejo amplifica sus pulsos de radio gigantes con emisiones de otras partes del espectro”.
Nuevo estudio que se publicará el 9 de abril Ciencia y ahora está disponible en línea, ha analizado la mayor cantidad de datos de radio y rayos X simultáneos jamás recopilados de un púlsar. Expande el rango de energía observado asociado con este fenómeno de amplificación miles de veces.
En 2017-2019, la NASA, la estrella de neutrones Interior Composition Explorer (NICER) y los radiotelescopios de Japón estaban estudiando el púlsar del cangrejo al mismo tiempo. En esta visualización, que muestra solo 13 minutos de observación de NICER, se trazan millones de rayos X contra la fase de rotación del púlsar, que se enfoca en la emisión de radio más fuerte. Se muestran dos vueltas completas para mayor claridad. A medida que los rayos del púlsar atraviesan nuestra línea de visión, producen dos picos por cada revolución, el más brillante asociado con más pulsos de radio gigantes. Por primera vez, los datos de NICER muestran el ligero aumento en las emisiones de rayos X asociadas con estos eventos. Fuente: Goddard Space Flight Center NASA / Enoto et al. 2021
A unos 6.500 años luz de distancia, en la constelación de Tauro, la Nebulosa del Cangrejo y su púlsar se formaron en una supernova cuya luz llegó a la Tierra en julio de 1054. los púlsares más brillantes del cielo.
Entre agosto de 2017 y agosto de 2019, Enoto y sus colegas usaron NICER para observar repetidamente el púlsar del Cangrejo en rayos X a energías de hasta 10,000 electronvoltios, que es miles de veces mayor que la luz visible. Mientras NICER observaba, el equipo también examinó el objeto utilizando al menos uno de los dos radiotelescopios terrestres en Japón: la antena de 34 metros en el Centro de Tecnología Espacial Kashima y la antena de 64 metros en la Agencia de Exploración Aeroespacial de Japón Profundo Usuda. Space Center, ambos operando a 2 gigahercios.
La combinación del conjunto de datos proporcionó a los científicos casi un día y medio de cobertura simultánea de rayos X y radio. En conjunto, capturaron actividad durante 3,7 millones de revoluciones de los púlsares y formaron una red de aproximadamente 26.000 pulsos de radio gigantes.
Los pulsos gigantes explotan rápidamente, alcanzando un máximo de millonésimas de segundo y aparecen de formas impredecibles. Sin embargo, cuando ocurren, coinciden con las pulsaciones regulares del reloj.
NICER registra el tiempo de llegada de cada rayo X detectado con una precisión de 100 nanosegundos, pero la precisión del tiempo del telescopio no es la única ventaja de este estudio.
“La capacidad de NICER para observar fuentes de rayos X brillantes es casi cuatro veces la luminosidad de un púlsar y su nebulosa”, dijo Zaven Arzoumanian, científico del proyecto en el Centro de Vuelo Espacial Goddard de la NASA en Greenbelt, Maryland. “Por lo tanto, estas observaciones no se vieron afectadas en gran medida por el choque, donde el detector cuenta dos o más rayos X como un solo evento, y otras consideraciones que complicaron los análisis anteriores”.
El equipo de Enoto combinó todos los datos de rayos X que coincidieron con los pulsos de radio gigantes, revelando un aumento en los rayos X de aproximadamente un 4% que se produjo en sincronía con ellos. Esto es notablemente similar al aumento del 3% en la luz visible, también asociado con este fenómeno, descubierto en 2003. En comparación con la diferencia de brillo entre los pulsos Cangrejo regulares y gigantes, estos cambios son extremadamente pequeños y desafían los modelos teóricos de explicar.
Las mejoras sugieren que los pulsos gigantes son la manifestación de los procesos subyacentes que producen emisiones que abarcan el espectro electromagnético, desde ondas de radio hasta rayos X. Y debido a que los rayos X son millones de veces más fuertes que las ondas de radio, incluso un pequeño aumento significa una gran contribución de energía. Los científicos han llegado a la conclusión de que la energía total emitida asociada con el impulso gigante es de decenas a cientos de veces mayor que la estimada previamente a partir de datos ópticos y de radio únicamente.
“Todavía no entendemos cómo y dónde los púlsares producen su emisión compleja y de amplio alcance, y es satisfactorio que hayamos traído otra pieza al rompecabezas de ondas múltiples de estos fascinantes objetos”, dijo Enoto.
Proporcionado por el Centro de Vuelo Espacial Goddard de la NASA