22 de julio de 2012

PULSARES

PULSARES

Las estrellas de neutrones, durante mucho tiempo, eran sólo objetos teóricos, Hasta que en el año 1967 la estudiante británica Jocelyn Bell, encontró con un radiotelescopio una fuente radial, que emitía impulsos con una regularidad fuera de lo normal. Se creyó en esa época haber descubierto vida inteligente intergaláctica, que transmitían alegremente por el cosmos.

Sin embargo, cada vez más se descubrían estas fuentes radiales de forma de puntos, y se pudo determinar que no sólo emitían impulsos en el ámbito de las ondas radiales (Por sobre todo ondas del largo de varios metros), sino también en el campo de la luz visible; de los rayos X e incluso en el ámbito de los rayos gamma. Por lo tanto debía existir una causa  natural para estos impulsos, en todo caso no podían ser artificiales.






Estos Pulsares se destacan por ciertas particularidades:

-         Hasta ahora se han encontrado pulsaciones con períodos que van desde 0,0008 hasta un máximo de 4,3 segundos.

-         Estas pulsaciones se repiten con extraordinaria regularidad.

-         La duración del impulso es de aproximadamente 1/30 de largo del período.

-         La duración del período se hace más largo con el correr de los tiempos

-         

Debe mencionarse también, que la intensidad de los impulsos puede estar sujeta a fuertes vaivenes.

¿Cómo se pueden interpretar ahora estos pulsos? Ya sólo  la brevedad de los períodos permite concluir, de que no se trata de sistemas de estrellas binarias, ya que también en sistemas muy estrechos, los tiempos de rotación se encuentran, por lo menos, en el ámbito de las horas. También la rotación de una estrella “normal” es de horas, al igual que las pulsaciones (Expansiones seguido de contracciones, son limitados por el tiempo).

Después de excluir todas esta posibilidades dinámicas, sólo que una conclusión, la rápida rtotaci’0on de un cuerpo. Y justamente esto era. Sólo estrellas de neutrones pueden girar en firma tan rápida y pronto se descubrió  que esta supoosici0on er4 correcta.





Representación artística de un  pulsar de milisegundos. Este se encuentra en un sistema binario y está rodeado por un disco de acreción, cuyo material los succiona constantemente de su acompañante, una gigante roja. Por el material impactante, la estrella de neutrones se hace cada vez más rápida, porque recibe el impulso de giro adicional de la materia. Como en esta representación es posible que sea el sistema  AX J1808,4-3658, una fuerte fuente de rayos X pulsada, en la constelación de Sagitario.

Con la gentil autorización de W Feimer (Allied Signal), GSFC, NASA

¿Pero que debe suceder, para que una estrella (de lo que aquí indudablemente se trata) rote tan velozmente? En el capítulo sobre  Estrellas de Neutrones ya se hicieron referencias a esto. En el colapso gravitacional de una estrella a una estrella de neutrones su radio se reduce por el facto de 100 000 (
105). El impulso de giro se calcula del cuadrado del radio., multiplicado por el momento angular. Para la subsistencia del impulso de giro, en concordancia con lo anterior, debe aumentar la velocidad angular por el factor de 1010. Aquí yace el misterio de la rápida rotación. Y en el  mismo valor aumenta también el campo magnético de la estrella de neutrones, que se encuentra entonces en el ámbito de quizás millones de Tesla.

Ahora tenemos las condiciones necesarias, para encontrar una explicación, para las pulsaciones de emisiones de radio de la estrella de neutrones. El gigantesco campo magnético del pulsar se encuentra inclinado en contra de su eje de rotación. Con esto se crea un campo eléctrico en las cercanías del cuerpo, el cual, con miles de billones de voltios, funciona como un acelerador de partículas.

En la superficie de la estrella de neutrones aún existen protones y electrones y estos, ahora, son acelerados a lo largo de las líneas del campo magnético, en dirección a los polos. Su aceleración es tan grande, que las partículas alcanzan casi la velocidad de la luz. Con esto su energía cinética aumenta tanto, de manera que, en un angosto cono (En dirección a los polos) emiten las tal llamadas radiaciones sincrónicas. Este, comparable con un cono de luz emitida por un faro, gira a la velocidad de rotación de la estrella de neutrones. Las partículas ultrarrápidas obtienen un contenido de energía, que aventaja su equivalente  energía masa (
E = mc2), un par de millones de veces. Ahora también se piensa, que las partículas no sólo provienen de la superficie, sino que se puede tratar también de electrones y positrones, que en forma espontánea se pueden originar como pares de partículas virtuales del vacío cuántico.

Siempre cuando el rayo roza a la Tierra, registramos un impulso de esta radiación sincrónica. Si el eje del pulsar, está inclinado de modo que este cono de radiación no muestra en dirección a la Tierra, entonces tampoco podemos identificar a este como un pulsar.

Las enormes cantidades de energía emitidas, debe, de algun modo, dejar algún efecto. Y esto, también es el caso, porque la energía se obtiene de la energía de la rotación del pulsar, y por esto, disminuye constantemente la velocidad de rotación (Ver arriba), es decir, el período de las pulsaciones aumenta constantemente. Y en algún momento, por lógica, deberá detenerse la rotación. Del mismo modo, en un  tiempo lejano también perderá en campo magnético, ya que este , como una forma de efecto de dínamo, es generado por la rotación de la estrella de neutrones




Synchrotronstrahlung = Radiación sincrotrónica
Rotationsachse = Eje de rotación
Neutronenstern = Estrella de neutrones
Magnetfeldlinien = Líneas del campo magnético

Ahora se pueden sacar más conclusiones:


Estrellas de neutrones que giran a altas velocidades (períodos cortos), son aún jóvenes, si pulsan en lapsos de los segundos, entonces pronto dejarán de emitir sus destellos. Se puede calcular, que después de 10 millones de años de rotación, se haya hecho tan lento una estrella de neutrones, que ya no aparece como un pulsar.

Lo extraño de esto se, que hasta ahora no se ha encontrado un pulsar que tiene un período de pulsación de menos de 8 milésimas de segundos. Pero justo esto debería ser posible en el caso de pulsares jóvenes, la superficie sólida, por lo menos, lo permitiría. Una explicación sería, que las vibraciones  del gas de neutrones (los tal llamados (“r-Moden”) son amplificados por las ondas gravitacionales, con lo cual se  produce un efecto de frenado adicional. Con esto la velocidad de rotación inicial mayor, inmediatamente después del colapso, es frenada. Científicos tienen la esperanza de poder demostrar pronto la presencia de las ondas gravitacionales.

Ahora existen pulsares, los que no varían o muy poco el tiempo de sus períodos (En el campo de los milisegundos) y se han determinado algunos indicios, que debe tratarse de estrellas viejas. Se supone aquí,  que se trata de la formación de una estrella de neutrones en un sistema doble de estrellas, lo que sucede muy a menudo. La estrella de neutrones capta materia de su acompañanta y adquiere el impulso de giro de esta materia (el impulso proviene del disco acreción y no de la estrella acompañante).

Además hay incoherencias por explicar: En estos pulsares debería encontrarse un movimiento orbital, ya que son parte de un sistema de estrellas. Pero, por desgracia, estos no siempre es el caso. Aquí sólo queda la suposición, que el continuo bombardeo,  de la estrella acompañante, con partículas altamente energéticas, simplemente lo ha evaporado.

La nebulosa del Cangrejo M en la constelación de Tauro, a una distancia de 7 000 años luz. Una de las más hermosas visiones se produjo por una supernova en el año 1054, hoy tiene una expansión de 10 años luz, en su centro (en la mitad del campo demarcado) se encuentra un pulsar.

 


 

 En el recorte ampliado se puede ver el pulsar, es el de la izquierda de las dos estrellas centrales. Las ondas en las nubes de materia circundante, son causadas por las intensivas irradiaciones de radio y partículas del pulsar y se expanden      a la mitad de la velocidad de la luz 


 Con la gentil autorización de la STScl.


 

Se puede determinar el largo de las pulsaciones  de las irradiaciones emitidas, con mucha precisión. Y ahora sabemos, que con el correr del tiempo se hacen más largas debido a frenado de la rotación. A veces las pulsaciones son aceleradas en un importe pequeño, como si alguien le daría un impulso adicional. Estos “resbalamientos”, llamados Glitches, sin embargo tienen una causa natural. La estrella rotante, por las fuerzas de inercia, es achatada  levemente (Como, por ejemplo, lo es también nuestra tierra), con lo cual en el ecuador se produce un abultamiento. Si la rotación se hace más lenta, entonces este abultamiento trata de reducirse. Se forman, entonces, tensiones en la costra sólida de la estrella de neutrones y, en algún momento, estas fuerzas crecen tanto de manera que la costra se fractura. Esto le da a la estrella un impulso de rotación adicional.

También existe otra causa para los  Glitches. La sólida costra de la estrella de neutrones se desliza sobre el núcleo líquido de la estrella. El descenso de la rotación actúa primeramente sobre la costra y se produce una diferencia entre la velocidad de rotación de la costra y del núcleo. El frenado es llevado hacia el interior por el roce, pero no en forma pareja si no en forma de tirones. Con esto se construye una fuerte fuerza de roce, que es liberada de repente hacia el interior, con esto la costra recibe una especia de patada.

Por la amplia investigación de estos Glitches, los científicos pudieron confirmar muchas teorías predichas referentes a la construcción de las estrellas de neutrones.


 En la constelación de Cefeo el Fermi Gamma- ray Space Telescope, originalmente con el
nombre GLAST, ha detectado al primer pulsar “transmite” exclusivamente en el campó de los rayos gamma. En la constelación  circumpolar, se encuentra el remanente de una supernova, que explotó hace 10 000 años. La nebulosa de gas llamada CTA 1, se encuentra a una distancia de 4 600 años luz de nuestra Tierra. Fermi, con este descubrimiento abrió toda una nueva clase de pulsares. Hasta hoy se en descubierto unos 1800 pulsares, la mayoría de ellos irradian en el ámbito de las ondas radiales. Y muestran una edad de 1 millón de años. Sin embargo la nueva clase solo tiene 10 objetos, cuya emisión  de radiaciones se encuentran en el ámbito de alta energía – y son estrellas de neutrones jóvenes. Y con esto la energía de radiación del nuevo gamma pulsar es 1000 veces mayor que la fuerza luminosa del Sol. Cada 316,86 milisegundos la Tierra recibe un estallido de rayos gamma de él. Entonces rota prácticamente 3 veces por hora alrededor de su eje. Los rayos gamma son generados, porque allí las partículas cargadas son aceleradas a lo largo de las líneas del campo magnético, hasta casi la velocidad de la luz. Debida a que la radiación es alimentada por la rotación produce distorsiones en la energía de rotación. Con esto la veloc9dad de rotación de este pulsar es des acelerado cada 87 000 años por un segundo.

En la constelación de Cefeo, encontramos a una estrella, muy interesante δ Cep que le da su nombre a toda una clase de estrella: las Cefeidas. En estas estrella variables el período y la fuerza luminosa están en una relación fija. Por lo cual sirven como velas estándares para la determinación de distancias.


Con la gentil autorización de NASA/S. Pineault, DRAO


Última revisión: 25 de Octubre de 2008

Traducido del alemán  por A. Gundelach, con la gentiol autorizacioin de

Werner Kasper "Abebnteuer Universum"                                            

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