Una estrella de neutrones ha sido observada durante un fallo. Es un fenómeno que podría permitir comprender mejor cómo es el interior de estos objetos tan densos. Porque no hay ninguna forma obvia de analizar cómo son bajo la superficie…

Qué es un fallo en una estrella de neutrones

Un fallo (o un glitch por el término en inglés) es un aumento repentino en la velocidad de rotación de una estrella de neutrones. Después de ese aumento, vuelve a recuperar su velocidad habitual poco tiempo después. Este fenómeno podría permitir entender cómo es el interior de las estrellas de neutrones. Como quizá sepas, son los restos de estrellas más masivas que el Sol (aunque no tanto como para convertirse en agujeros negros). Se sabe que, como indica su nombre, están formadas por neutrones. Pero cómo es exactamente su interior no es tan obvio.

Un fallo en una estrella de neutrones deja ver su interior
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El púlsar Vela y la nebulosa, generada por su propio viento, que la rodea. Crédito: NASA/CXC/PSU/G.Pavlov et a

Los modelos matemáticos indican que las estrellas de neutrones están formadas por diferentes capas. En ellas, no solo podemos encontrar neutrones. Sin embargo, a medida que profundizamos hacia el núcleo, los neutrones se vuelven mucho más abundantes y el resto desaparece. El inconveniente es que esto es solo lo que indican los modelos. Porque nunca se ha podido ver el interior de una estrella de neutrones. Solo se puede estudiar su comportamiento y su exterior. Eso dificulta las cosas, salvo que haya alguna observación.

A veces, una estrella de neutrones puede sufrir un fallo. Es la oportunidad perfecta para entender cómo puede ser el interior de los objetos que quedan tras la explosión de supernovas. Más concretamente, en el caso de los púlsares. Como quizá sepas, un púlsar es una estrella de neutrones que emite radiación electromagnética, en la dirección de su eje de rotación (es decir, sus polos) y que están orientados aproximadamente hacia la Tierra. Eso permite que podamos ver cómo parpadea de forma intermitente, cuando sus haces apuntan al planeta.

La ayuda del Púlsar Vela

Esa rotación es muy regular y muy rápida. Algunos púlsares pueden llegar a rotar cientos de veces por segundo. Cuando se produce un fallo en una estrella de neutrones, esa rotación aumenta y provoca que partes del interior de la estrella viajen hacia el exterior. Durante un breve momento, es posible analizar el interior de estos objetos. En 2016, un grupo de astrónomos pudo observar un fallo en el púlsar Vela. Está a 1000 años-luz del Sistema Solar. Es el púlsar más brillante del firmamento, en el espectro de radio.

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Concepto artístico de la explosión de una supernova. Crédito: European Southern Observatory/M. Kornmesser

Además, es el púlsar que sufre fallos, mejor conocido. Porque ni siquiera todas las estrellas de neutrones sufren este comportamiento. Se calcula que solo un 5% sufren estos glitches. En el caso del Púlsar Vela, sucede aproximadamente cada tres años. Su velocidad de rotación es de 11 veces por segundo. Durante el fallo de 2016, se pudo observar cómo aumentaba su velocidad de rotación. Fue la primera vez que se observó un fallo en una estrella de neutrones justo en el momento en el que sucedía. Y la oportunidad no se ha desaprovechado.

Los investigadores han analizado los datos de aquel fallo y han visto que no se reduce a un aumento de velocidad. La estrella comenzó a rotar mucho más rápidamente, para después frenar hasta la velocidad del fallo. Por un instante, se pudo ver parte del material procedente del interior del púlsar Vela. Así, explican que las estrellas de neutrones tienen tres grandes capas y describen el comportamiento del fallo. Un flujo de neutrones procedentes del interior de la corteza golpea el exterior de la corteza (que es rígida) y provoca que acelere. Pero…

El fallo en una estrella de neutrones es más complejo de lo que se pensaba

Después, un segundo flujo de neutrones, procedente del núcleo, alcanza al primero y provoca que la rotación de la estrella disminuya. El fenómeno, al que los investigadores llaman exceso (overshoot en inglés), ya se había predicho en otros estudios, pero no se había observado. Hasta aquí todo va según lo esperado. Se observan fenómenos que se esperaban. Pero faltaba algo más. Justo antes de que se produjese el fallo del púlsar Vela, su rotación se redujo. Nunca se había visto algo así. Puede que esté relacionado con el fallo pero aun no se sabe.

Concepto artístico del choque de estrellas de neutrones.
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Concepto artístico del choque de estrellas de neutrones. Crédito. NSF/LIGO/Sonoma State University/A. Simonnet

En cualquier caso, es una pieza más para entender mejor cómo es el comportamiento de estas estrellas de neutrones. A ese bajón de velocidad previo al fallo, lo están llamando antifallo (o anti-glitch en inglés). La secuencia completa viene a ser antifallo, exceso y después el fallo en sí mismo. La estrella baja primero de velocidad, después sube muchísimo su rotación y finalmente baja hasta la velocidad de fallo, que sigue siendo superior a su velocidad de rotación habitual. Hasta ahora nunca se había visto todo el proceso de forma íntegra.

En el estudio, los investigadores describen la secuencia observada con todo detalle. En primer lugar, el púlsar Vela redujo su velocidad. Solo tardó unos segundos en acelerar de nuevo y bajó hasta la velocidad de fallo en aproximadamente un minuto. Lo más interesante es que la observación del antifallo puede permitir que se hagan predicciones sobre el comportamiento de las estrellas de neutrones durante este proceso. El inconveniente es que, por ahora, solo se ha observado una vez. Hace falta más datos para conocerlo mejor…

El fallo en una estrella de neutrones es interesante por sí mismo

Así que, con datos tan limitados, los investigadores tendrán que volver a trabajar con modelos matemáticos. Pero los investigadores esperan que esto sea solo el primer paso. Creen que su análisis animará a que se lleven a cabo más observaciones de estrellas de neutrones y de sus fallos. Algo que ayudará a la creación de nuevas teorías. Con el tiempo, si se observan más fallos, no solo en el pulsar Vela sino en otras estrellas, se podría tener una idea mucho más precisa de todo lo que las rodea. Por ejemplo, ¿por qué solo sucede en algunas estrellas de neutrones?

Un fallo en una estrella de neutrones es poco común y solo sucede en el 5% de los astros.
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Imagen compuesta por el espectro de rayos X y visible de la Nebulosa del Cangrejo, en la que se muestra la emisión del púlsar. Crédito: NASA

No hay que olvidar que estamos ante uno de los objetos más extremos del universo. Tan solo los superan los agujeros negros, en cuanto a cadáveres estelares se refiere. Su reducido tamaño (apenas tienen algo más de una decena de kilómetros de diámetro) y las distancias que nos separan hace que sea difícil estudiarlas. No podemos pensar, tampoco, en hacerlo de cerca porque no tenemos la tecnología para viajar más allá del Sistema Solar. Por lo que la única herramienta a disposición de los investigadores es la observación.

Ahora, los investigadores tendrán la oportunidad de desarrollar nuevos modelos que incluyan la observación de este antifallo. Eso les llevará a hacer nuevas predicciones y a analizar el comportamiento de objetos como el púlsar Vela en el futuro. De esta manera, aunque no se pueda ver el interior de una estrella de neutrones, se podrá ver si las suposiciones encajan con lo observado. Tanto si resultan encajar como si no, eso dará lugar a la aparición de más preguntas. La ciencia es una búsqueda constante de respuestas y nuevas preguntas…

Estudio

El estudio es G. Ashton, P. Lasky, V. Graber y J. Palfreyman; «Rotational evolution of the Vela pulsar during the 2016 glitch». Publicado en la revista Nature Astronomy el 12 de agosto de 2019. Puede ser consultado en arXiv.

Referencias: Universe Today