En el universo se destaca una estructura celeste que es motivo de investigación científica frecuente. Es el magnetar, una inusual y singular estrella de gran poder magnético del espacio exterior y rodeada de mucho misterio. Conoce aquí su composición y características, así como su proceso de formación y los hallazgos encontrados por los científicos sobre esta peculiar formación.
Indice De Contenidos
¿Qué es un magnetar?
El magnetar es un tipo de estrella de neutrones altamente magnética formada por los raros y densos residuos estelares que dejan las estrellas gigantes en explosión, denominadas supernovas, de las que se desprende una gran cantidad de energía, que se manifiesta por el incremento de la intensidad de brillo o por su aparición en un sitio aparentemente vacío del espacio.
Algunos expertos lo califican de “cadáver estelar”, ya que es lo que queda de una estrella luego de su muerte, cuyo destino es explotar en forma de supernova, y dependiendo de su masa, el resultado de dicha muerte será diferente.
El magnetar es un tipo muy raro de estrella de neutrones y hoy se sabe que apenas hay 24 magnetares dentro de nuestra galaxia, en la cual hay cien mil millones de estrellas, como mínimo, por lo que los pocos magnetares y su origen resultan un misterio.
Para algunos es una clase de púlsar, término compuesto de las palabras inglesas pulsating star, y que es una estrella de neutrones, que emite radiaciones periódicas, expulsando por breves momentos cantidades extraordinariamente grandes de energía en forma de rayos X y gamma.
El magnetar genera un gran magnetismo, de allí su nombre, que proviene del anglicismo compuesto por los términos magnetic, que se refiere “magnético” y star, que denota “estrella”, por lo que magnetar literalmente significa “estrella magnética.”
Es uno de los imanes más poderosos del universo, estimando una potencia de millones de veces mayor que la de los más fuertes de la Tierra. Conoce también acerca de ¿Dónde comienza el espacio exterior?.
Entre las diversas investigaciones que se hacen a nivel científico, se encuentran las observaciones efectuadas con el telescopio astronómico de luz visible más avanzado del mundo, el VLT, por sus siglas en inglés Very Large Telescope del Observatorio Europeo Austral (ESO del inglés European Southern Observatory).
ESO es la principal organización de vanguardia en el área astronómica y que ha prestado gran atención al fenómeno del magnetar.
ESO, creada en 1962, recibe el apoyo de varios gobiernos en Europa interesados en esta temática para llevar a cabo investigaciones en astrofísica y en el desarrollo y operación de telescopios ubicados en el Cerro Paranal, Zona Norte de Chile a fin de obtener datos fehacientes sobre el magnetar.
Alrededor de los magnetares se ha planteado un enigma, el cual ya tiene más de treinta años y no se ha podido dilucidar. Se trata de la interrogante en cuanto al por qué esta estrella de neutrones no se transformó en un agujero negro, como era lo esperado por los astrónomos, sino en un magnetar.
Los científicos de diversas instituciones se dan a la tarea de poder esclarecer este misterio y muchos otros acerca del magnetar. En Turismo espacial podrás profundizar sobre esta temática.
Características del magnetar
Las indagaciones científicas han señalado que los magnetares son un tipo de estrella de neutrones que giran muy rápidamente sobre sí mismos y esa rotación genera un gigantesco y desproporcionado campo magnético.
Los magnetares son pequeños y la materia que los compone es sumamente densa, tanto así que la más diminuta porción de esa materia pesaría miles de millones de toneladas.
El magnetar se caracteriza por emitir constantemente grandes cantidades de rayos gamma y X en los períodos de ajuste repentino, que los expertos han llamado “terremoto estelar” o starquake, provocado por las inmensas tensiones que ocurren en sus cortezas.
Más recientemente se ha estado empleado el término “estrellamoto” para referirse a este fenómeno del starquake, de manera de adaptarlo a la terminología de las estrellas.
Algunos conocedores del tema han comparado el estrellamoto con los terremotos terrestres, en virtud de su similitud en la brevedad del fenómeno y de la inmensa cantidad de energía que emiten.
Además, el magnetar suele rotar a gran velocidad y poseer una masa un poco más grande que la del Sol, pero comprimida en un radio de solo 10 kilómetros aproximadamente.
La edad del magnetar se calcula a partir de la velocidad de rotación, puesto que a medida que evolucionan giran más lento. También se puede estimar la edad del remanente de la supernova que la originó, si es detectable.
Supernova
El magnetar puede llegar a romper la corteza, en vista de que la presión magnética empuja parcialmente esta capa superficial contra la gravedad, provocando los terremotos estelares, haciendo que la corteza vibre.
Se estima que su campo magnético es tan intenso que podría llegar a ser cuatrillones de veces más poderoso que el que se produce alrededor de la Tierra.
El aumento del campo magnético debido al colapso de la supernova en estrella de neutrones, convierte su energía mecánica en electromagnética, lo que produce una radiación en forma de rayos X y gamma, tal como lo hace una estrella tipo púlsar, que emite periódicamente radiaciones en períodos breves de milisegundos, equivalentes a la duración de un flash o un relámpago.
La actividad del magnetar constituye uno de los fenómenos más energéticos del universo, que muy bien pudieran afectar a la ionosfera terrestre e, incluso, interrumpir las comunicaciones.
Al respecto, se tiene como evidencia el suceso de diciembre del año 2004, cuando se produjo la explosión de rayos gamma del magnetar SGR-1806-20, localizado a más de 50.000 años luz de la Tierra.
Tal suceso tuvo un impacto momentáneo en la atmósfera terrestre, al ocasionar la paralización de los satélites por varias décimas de segundo.
Según los expertos científicos alegan que de haberse producido a solo 10 años luz de la Tierra, que es la distancia a algunas de las estrellas más cercanas, el impacto hubiera puesto en serios riesgos a nuestro planeta, pues hubiera destrozado la capa de ozono, con lo que ello conlleva de graves alteraciones del clima, pudiendo acabar con la atmósfera.
La energía que se liberó en ese momento fue de unas cien veces más potente que cualquier otro estallido registrado hasta ahora y la energía liberada en dos centésimas de segundo fue mayor a la producida por el Sol en 250.000 años.
¿Cómo se forma el magnetar?
Aun cuando su origen definitivo sigue siendo un misterio, se ha podido, no obstante, establecer que el magnetar se forma en la última etapa de la vida de una estrella masiva. Siendo una estrella de gran masa, se produce la fusión del gas helio y al agotarse el hidrógeno, se crea un núcleo de helio.
El núcleo vuelve a fusionarse produciendo carbono, oxígeno y nitrógeno, entre otros, hasta llegar un momento en ya no puede fusionar nada más, pues ya no obtiene energía de ese proceso.
En virtud de ello ya no hay ninguna presión que contrarreste la enorme gravedad de las capas externas que hay.
Estas capas externas colapsan y caen sobre el núcleo, lo que crea una onda de choque, que provoca una explosión, generando una supernova.
Todas las capas de su corteza son expulsadas, de lo cual solo dos fenómenos pueden ocurrir:
- Si la masa es muy elevada, no hay nada que pueda contrarrestar la enorme gravedad del núcleo, lo cual lleva a la creación de un agujero negro.
- Si la masa no es tan alta, se puede producir una estrella de neutrones o magnetar, que puede medir aproximadamente 10 km de diámetro, pudiendo contener en su interior, probablemente 3 a 5 masas solares.
Esto significa que su densidad está muy cercana al núcleo de un átomo. Esta estrella, por conservación del momento angular, rota a gran velocidad.
Ello se debe a que simplemente es una estrella grande que gira despacio, pero que cuando colapsa se torna en un objeto pequeño y, por ende, es cuando comienza entonces a girar mucho más rápido.
A la par se van expulsando ráfagas de partículas colimadas, cuyos rayos son paralelos entre sí, y que a veces no coinciden con la dirección en la que giran. En ese momento llega a tener un núcleo de hierro.
Uno de los magnetares más estudiados se halla en el cúmulo estelar Westerlund 1, que se localiza 16.000 años luz de distancia, para el cual se ha estimado que en su formación se habría requerido una estrella enorme de una gran masa.
Desde hace ya mucho tiempo se ha establecido que para dar origen a ese magnetar habría hecho falta una estrella 40 veces más masiva que el Sol, pero todas las teorías existentes hasta ahora, indican que una estrella de ese tamaño debería crear, cuando explota en forma de supernova, un agujero negro y no una estrella de neutrones.
Esta disyuntiva llevó a un equipo de investigadores a estudiar tal paradoja y a proponer y demostrar que el origen de este magnetar podría ser explicable si, en un principio, estuviera implicado un sistema binario; es decir, dos estrellas, en lugar de una.
De ser así, este magnetar formaba parte de este sistema doble estelar, por lo que se debe ubicar la estrella compañera, que fue el primer trabajo que se plantearon los investigadores: buscar e identificar su estrella compañera.
Para ello, se dedicaron a estudiar el cúmulo y ubicar las estrellas que se estuvieran moviendo lo suficientemente rápido como para ser compatibles con una expulsión gravitatoria, producida cuando la estrella explota en forma de supernova y su compañera sale despedida.
Westerlund 1
Analizaron varias estrellas con estas características cerca del magnetar para identificar a la compañera y no la hallaron. Luego, encontraron a la Westerlund 1 W5 en el otro extremo del cúmulo con todos los atributos para ser la compañera perdida, tales como velocidad, órbita, composición química.
Es, además, muy rica en muchos materiales entre ellos carbono y está composición hace casi imposible que su origen sea único; es decir, que necesita una compañera que le aporta algunos de esos componentes, por lo que era la candidata perfecta.
Desarrollo
En la actualidad, solo un magnetar de menos de 10 a 12 km de diámetro se origina de cada diez explosiones de supernovas que tengan entre seis y doce masas solares.
Para el desarrollo del magnetar, de acuerdo con las hipótesis de los científicos, se requiere que exista una rotación rápida con un intenso campo magnético antes de la explosión de la supernova.
Este campo magnético lo produce un ente generador eléctrico mediante la convección de materia nuclear con un lapso de duración de unos diez segundos en torno a la vida de una estrella de neutrones.
Dado el caso de que la rotación sea demasiado rápida, las corrientes de convección se hacen globales, transmitiendo su energía al campo magnético.
Si la rotación es demasiado lenta, las corrientes de convección solo se producen en regiones locales.
Este sería el caso de un púlsar, que es una estrella de neutrones que, en cuyo nacimiento, no hubo suficiente rotación en corto período de tiempo que generará un efecto dinamo.
Las investigaciones han podido demostrar que el campo que se genera alrededor del magnetar es sumamente potente que succiona cualquier materia a su alcance y la comprime.
Ello implica una significativa cantidad de energía magnética disipada durante un periodo aproximado de unos 10.000 años.
La teoría sobre los magnetares la formuló Robert C. Duncan, astrofísico estadounidense de la Universidad de Texas en Austin junto a Christopher Thompson, astrónomo del Instituto Canadiense de Física Teórica, trabajo por el cual fueron galardonados con el Premio Bruno Rossi en 2003.
Luego, la teoría fue aprobada por el resto de la comunidad científica, en donde se ha aceptado como un razonamiento físico acorde actualmente con las observaciones efectuadas sobre estos objetos, a veces referidos como magnetoestrellas.
Al transcurrir el tiempo, se reduce el poder magnético al emitir las colosales cantidades de energía de rayos X y gamma.
El colapso que se genera, se produce, por lo general, en las capas externas del magnetar, compuestas de plasmas de diversos elementos pesados, sobre todo hierro.
Seguidamente, se generan de manera intermitente vibraciones de mucha energía, produciendo vientos de rayos X y gamma.
Es bien sabido que los rayos gamma se componen de fotones, que son partículas responsables de las manifestaciones cuánticas del fenómeno electromagnético.
Estos fotones son parte de la región más energética del espectro electromagnético, seguidos por los rayos X y luego, los rayos ultravioleta.
Cuando los rayos X expelidos por el magnetar son muy intensos, se les llama “púlsar anómalo de rayos X”. Si son rayos del espectro gamma de mayor intensidad, se denominan “repetidores de gamma suave”.
Se observan también los rayos gamma ordinarios conocidos como “brotes de rayos gamma”, que ya se conocían a finales de los 60.
Un punto a destacar es que fue durante la Guerra Fría que se realizó el descubrimiento de estos rayos tan energéticos venidos del espacio.
Ese fue un momento de gran tensión entre las dos superpotencias del momento, EE. UU. y la URSS, que se espiaban mutuamente para obtener información fidedigna y clasificada de su arsenal nuclear.
Para llevar a cabo la verificación del tratado de no proliferación de armas nucleares, EE. UU. envió al espacio una flota de satélites que conformaron el Proyecto Vela.
Estos satélites, equipados específicamente para la captación de rayos X gamma, descubrieron en 1967 explosiones de estos últimos que, los cuales semejaban flashes, surgido desde distintas ubicaciones en el universo.
Este hallazgo no se divulgó, sino hasta 1973, cuando fue presentado a la opinión pública por Ray Klebesabel y su equipo del Laboratorio Nacional de Los Álamos.
Investigaciones realizadas
Son varias las investigaciones que se han realizado a los magnetares en las cuales se han encontrado que puede haber muchos más magnetares de lo que se pensaba.
Un aspecto a resaltar es que observar las explosiones de estos cuerpos celestes ha sido difícil. No obstante, los científicos han ido optimizando tecnológicamente las herramientas para llevar a cabo el trabajo.
En diciembre de 1995, se lanzó al espacio sideral el Explorador de Cronometraje de Rayos X Rossi (RXTE), desde el Centro Espacial Kennedy, Florida.
Fue diseñado para observar estrellas de neutrones de movimiento rápido, así como púlsares de rayos X y ráfagas de rayos que iluminan el cielo y desaparecen.
De allí se ha podido detectar que algunos púlsares giran más de mil veces por segundo.
Son estrellas de neutrones que generan un tirón gravitacional tan poderoso que un malvavisco que impacte en la superficie de la estrella golpearía con la fuerza de mil bombas de hidrógeno.
Los estudios que se han efectuado demuestran que el magnetar, la estrella más magnética que se conoce, no se alimenta de un mecanismo convencional como la fusión nuclear o la rotación.
Aunque todavía no hay una total comprensión, lo que se ha establecido es que los magnetares tienen campos magnéticos mil veces más fuertes que las estrellas de neutrones ordinarias que miden un millón de billones de Gauss, o unos cien billones de imanes de refrigerador.
A título comparativo, el campo magnético del Sol es sólo de unos 5 Gauss.
En la constelación de Casiopea, aproximadamente a 18.000 años luz de la Tierra, se está estudiando un magnetar, que se ha denominado 1E 2259.
Éste comenzó a estallar repentinamente en junio de 2002, con más de 80 estallidos registrados por cuatro horas. Desde entonces, el magnetar 1E 2259 no ha perturbado las profundidades del espacio.
Por otro lado, se están haciendo investigaciones a la Eta Carinae que se halla en erupción en nuestra galaxia de la Vía Láctea que está siendo constantemente explorada con el RXTE.
Los astrónomos han estado estudiando cómo funciona la gravedad cerca de los agujeros negros y observando los cambios en el brillo de los rayos X que pueden durar una milésima de segundo, o varios años.
También han estado monitoreando las longitudes de onda explosivas que no pueden ser vistas en la luz visible. Han llegado a establecer que la Eta Carinae es una estrella extremadamente masiva en nuestra galaxia de mucha inestabilidad.
Desde 1996, un equipo científico ha estado haciendo seguimiento con el RXTE el flujo de rayos X de esta región donde se ubica la estrella.
A medida que RXTE continúa proporcionando datos del primer monitoreo detallado de las emisiones de rayos X de Eta Car, las observaciones coordinadas están permitido responder las interrogantes de muchos científicos.
Años después los astrónomos contaron para sus estudios sobre este violento y extraño fenómeno espacial en mayor dimensión cuando se lanzó el Swift, Gamma-Ray Burst Explorer, de la NASA a mediados de 2004.
Swift es unas 20 veces más sensible a los estallidos magnetares que cualquier otro satélite.
Este proyecto de investigación fue un esfuerzo cooperativo entre el Centro Marshall de Vuelos Espaciales de la NASA, el Centro Nacional de Ciencia y Tecnología Espacial y varias universidades de Alabama.
En otro estudio efectuado por un equipo de astrofísicos se identificó a un magnetar a través de una serie de misteriosos estallidos rápidos de radio originados en la Vía Láctea. Estas experiencias fueron divulgadas en la revista Nature.
Los científicos habían estado tras la pista de esta estrella de neutrones desde 2007 cuando fue detectado por primera vez.
Los investigadores se enfocaron en hallar una explicación a estas explosiones de ondas electromagnéticas, que se llegaron a conocer también como FRB, por sus siglas en inglés fast radio bursts.
La detección de este magnetar ha resultado complicada, pues el evento solo dura una milésima de segundo y, por momentos, se pensó que procedían de otras galaxias.
En 2016 los datos que se habían recabado señalaban que se trataba de una estrella de una galaxia enana localizada a más de 3 mil millones de años luz de la Tierra.
Luego en abril de este año, se detectó por parte de dos observatorios distintos el mismo fenómeno en la misma región del espacio sideral. Estos observatorios fueron el canadiense Chime y el estadunidense STARE2.
En la detección de este hallazgo colaboró el radiotelescopio chino FAST.
El fenómeno, entonces, fue atribuido al magnetar SGR 1935+2154, situado en la Vía Láctea, según los estudios publicados en Nature.
“Es el primer estallido rápido de radio que atribuimos a un objeto conocido”, expresó el astrofísico Christopher Bochenek, del Instituto estadunidense Caltech y responsable de STARE2.
Corroboraron, además, que esta estrella de neutrones o magnetar deforma el núcleo de un átomo por su poderoso campo magnético.
Este magnetar es de dimensiones pequeñas, pero su masa es significativa, girando sobre sí mismo en un período de pocos segundos.
En el momento que se detectó la FRB, se pudo captar que este astro despidió tanta energía de ondas de radio en un lapso de un milisegundo, equivalente a la del Sol durante 39 segundos.
Así lo señaló Bochenek, quien aseveró que su señal fue lo suficientemente poderosa como para que quedara evidencia en el receptor de un teléfono móvil, a pesar de haber atravesado la mitad de la galaxia en un recorrido que habría durado 30.000 años.
Los datos de este último trabajo llevado a cabo en la Universidad de Nevada, Las Vegas, y que fue dirigido por el astrofísico PhD Bing Zhang, proporcionaron información valiosa que permite comprender mejor el comportamiento de un magnetar, como producto de la implosión de una estrella.
Más recientemente, los astrónomos presenciaron un evento cósmico sin igual cuando dos estrellas de neutrones, que quedaron de estrellas en colapso, chocaron entre sí a miles de millones de años luz de distancia.
La descomunal colisión que se produjo iluminó la galaxia con un flash, dando origen a un magnetar, una estrella supermasiva poseedora de campo magnético de gran magnitud.
Para los astrónomos ya son conocidos la formación y comportamiento de los magnetares, pero en este evento han podido ser testigos oculares por primera vez del nacimiento de uno.
Para captar este fascinante fenómeno, se usó un equipo de mucho poder, en el que se incluía el Telescopio Espacial Hubble y el Observatorio Swift.
El 22 de mayo de 2020, los científicos observaron un rápido destello de luz, producto de una colisión de estrellas que ciertamente ocurrió hace 5.470 millones de años, pero su luz fue percibida ese día en la Tierra.
