Identifican estrella capaz de formar un magnetar, el imán más poderoso del Universo

Texto: José Tadeu Arantes | Agencia FAPESP

Los magnetares son los objetos con los campos magnéticos más fuertes conocidos en el Universo: del orden de 10.¹³ A las 10¹⁵ gauss. A modo de comparación, el campo magnético en la superficie de la Tierra oscila entre 0,25 y 0,65 gauss. Una hipótesis de formación es que el magnetar es una estrella de neutrones cuya estrella precursora ya poseía un campo magnético suficientemente expresivo que se intensificó enormemente durante la explosión de supernova y el posterior colapso gravitacional que dio origen a la estrella de neutrones.

Un estudio observacional realizado hoy podría aportar importantes aclaraciones para la comprensión del fenómeno, ya que ha identificado una estrella precursora, HD 45166, con condiciones para generar un magnetar. Es la primera vez que se observa una estrella en estas condiciones: su masa es lo suficientemente grande como para explotar como supernova y, posteriormente, colapsar en una estrella de neutrones; y su campo magnético es lo suficientemente fuerte como para producir un magnetar en caso de colapso.

El trabajo fue realizado por un equipo internacional, liderado por el israelí Tomer Shenar, de la Universidad de Amsterdam, Países Bajos. Y se contó con la importante participación del brasileño Alexandre Soares de Oliveira, de la Universidad de Vale do Paraíba (Univap). El artículo al respecto fue publicado en la revista Ciencia.

«La estrella que hemos identificado, HD 45166, tiene un campo magnético de 43 kilogauss. [43 X 10³ G]. Y debería producir un magnetar con un campo magnético del orden de 100 billones de gauss. La explicación física de este sorprendente crecimiento es que el colapso gravitacional hace que la estrella se reduzca drásticamente. Y como su superficie se reduce mucho, la densidad de flujo del campo magnético aumenta proporcionalmente”, explica Oliveira a Agencia FAPESP.

La densidad de flujo está dada por el número de líneas de campo magnético que cruzan una unidad de área. Et, pour avoir une idée de ce que dit le chercheur, il faut rappeler que, dans les étoiles à neutrons, des masses de l’ordre de 1,1 à 2,1 masses solaires sont comprimées en sphères de seulement 20 kilomètres de rayon , alrededor de. La superficie de la estrella de neutrones es extremadamente pequeña. Y esto ayuda a comprender por qué el campo magnético se intensifica tanto.

Oliveira recuerda algunas predicciones del modelo estándar de evolución estelar. “Las estrellas cuya masa alcanza ocho veces la del Sol evolucionan en forma de enanas blancas. Después de expulsar la mayor parte de su materia, lo que queda es una masa densa y caliente, del tamaño de la Tierra. Sin embargo, cuando la masa es superior a ocho masas solares, la estrella explota convirtiéndose en una supernova al final de su ciclo. Y la materia restante colapsa por efecto gravitacional, formando una estrella de neutrones. Cuando la masa es aún mucho mayor, el colapso gravitacional tras la explosión de la supernova da lugar a un agujero negro.

HD 45166 es la estrella masiva con mayor evolución magnética descubierta hasta la fecha. El estudio en cuestión demostró que tiene un campo magnético de 43 kilogausios. «Nuestros cálculos sugieren que cuando explote como una supernova de tipo Ib o IIb y sufra un colapso gravitacional, en unos pocos millones de años, su campo magnético se concentrará debido al colapso y probablemente se convertirá en una estrella de neutrones con un campo magnético de del orden de 100.000 mil millones de gauss”, informa el investigador.

Para entonces, HD 45166 habrá generado un magnetar, el tipo de imán más fuerte que se conoce que existe en el Universo: más de 100 millones de veces más fuerte que los imanes más potentes producidos por la humanidad. Actualmente se conocen una treintena de magnetares. HD 45166 está a unos 3.200 años luz de la Tierra en la constelación de Monoceros.

El investigador proporciona detalles. «HD 45166 es un sistema binario, formado por una estrella tipo qWR [quasi–Wolf-Rayet], que es una estrella de helio evolucionada, masiva y extremadamente caliente, y por una estrella de secuencia principal de tipo espectral B, por tanto una estrella azul en su fase adulta, pero no tan evolucionada. Están separados por aproximadamente 10,5 unidades astronómicas, o 10,5 veces la distancia promedio entre la Tierra y el Sol, y giran uno alrededor del otro durante un período de 22,5 años. qWR es actualmente un poco más pequeño que el Sol, pero diez veces más caliente, mientras que su estrella compañera tiene dos veces y media el volumen del Sol y el doble de su temperatura.

Histórico

Esta información y muchas otras recogidas por el estudio son fruto de un trabajo que, además, ha durado más de 20 años. Oliveira comenzó a estudiar HD 45166 como parte de su investigación doctoral, realizada entre 1998 y 2003, inicialmente en Observatorio Pico dos Díasdel Laboratorio Nacional de Astrofísica (LNA), ubicado entre los municipios de Brazópolis y Piranguçu, en Minas Gerais, y, posteriormente, en Observatorio La Silla, de la colaboración del Observatorio Europeo Austral (ESO), ubicado en el desierto de Atacama, Chile. Y Tomer Shenar y su equipo agregaron información obtenida de varias instalaciones alrededor del mundo, incluido el Telescopio Canadá-Francia-Hawái (CFHT) en Mauna Kea, Hawái.

“Los datos de espectropolarimetría producidos por Shenar y sus colaboradores del CFHT fueron fundamentales”, destaca Oliveira. En astronomía y astrofísica, la espectropolarimetría es una técnica que analiza el espectro de luz polarizada emitida por los objetos para determinar algunas de sus propiedades, incluido el campo magnético. «Las características de polarización circular observadas en HD 45166, así como el efecto Zeeman, es decir la división de los rayos espectrales, detectado en ciertos rayos, confirman la presencia de un fuerte campo magnético», explica el investigador.

El componente más activo del sistema binario HD 45166 es, por supuesto, el qWR. Estas estrellas de tipo Wolf-Rayet, que llevan el nombre de los astrónomos franceses Charles Wolf y Georges Rayet que las descubrieron en 1867, son objetos masivos con líneas de emisión amplias e intensas características del helio y otros elementos químicos más pesados ​​(carbono, nitrógeno y oxígeno), que dan fe de su madurez, es decir, de que se encuentran en una fase avanzada del ciclo de evolución estelar.

“Nuestra estrella de interés es esencialmente el núcleo de helio expuesto de una estrella que ha perdido sus capas exteriores de hidrógeno. Nuestra propuesta es que se formó por la fusión de dos estrellas de helio de menor masa. En la etapa actual, es lo suficientemente masivo como para explotar como supernova y producir una estrella de neutrones y lo suficientemente fuerte en un campo magnético como para generar un magnetar”, concluye Oliveira.

Parte de este trabajo fue financiado por la FAPESP a través de Bolsa de mano en el extranjero concedido a Oliveira.

El artículo Una estrella masiva de helio con un campo magnético lo suficientemente fuerte como para formar un magnetar. se puede ver en: www.science.org/doi/10.1126/science.ade3293.