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De estrellas a púlsares: ¿Qué hace que la formación de púlsares de milisegundos sea tan sorprendente?
Los púlsares de milisegundos (MSP) son púlsares con un período de rotación de menos de aproximadamente 10 milisegundos. Estos objetos han sido detectados en el espectro electromagnético en radio, rayos X y rayos gamma. Los científicos creen que la formación de púlsares de milisegundos está relacionada con la transferencia de masa de estrellas compañeras. En general, se cree que son estrellas de neutrones viejas que giran rápidamente y que se "reciclan" o aceleran mediante la acreción de material de la estrella compañera en una estrella binaria cercana. sistema. Por lo tanto, los púlsares de milisegundos a veces se denominan púlsares de reciclaje.
El origen de los púlsares de milisegundos está relacionado con los sistemas estelares binarios de rayos X de baja masa, en los que los rayos X son emitidos por el disco de acreción de las estrellas de neutrones.
Según la investigación actual, el proceso de formación de púlsares de milisegundos puede haber experimentado al menos dos mecanismos de evolución diferentes. Estos mecanismos pueden explicar por qué algunos púlsares jóvenes de milisegundos tienen campos magnéticos relativamente altos, como el PSR B1937+21. Según una investigación de Bülent Kiziltan y S. E. Thorsett (UCSC), este nuevo hallazgo implica que los modelos evolutivos tradicionales son insuficientes para explicar el desarrollo de todos los púlsares de milisegundos. En particular, muchos púlsares de milisegundos se concentran en cúmulos globulares, lo que es consistente con la hipótesis de aceleración rotacional de su formación, ya que la alta densidad estelar de estos cúmulos aumenta las posibilidades del púlsar de capturar una gran estrella compañera.
Actualmente se sabe que alrededor de 130 púlsares de milisegundos están ubicados en cúmulos globulares, incluidos 37 en Terzan 5, 22 en 47 Tucanae y 8 en M28 y M15 cada uno.
El límite de la velocidad de rotación del púlsar
En 1982, PSR B1937+21 se convirtió en el primer púlsar de milisegundos descubierto. Su velocidad de rotación es de aproximadamente 641 veces por segundo, y sigue siendo el segundo púlsar de milisegundos más rápido conocido. El púlsar que gira más rápido conocido en 2023, PSR J1748-2446ad, gira a una velocidad de 716 veces por segundo. Los modelos existentes de estructura y evolución de las estrellas de neutrones predicen que si los púlsares alcanzan velocidades de rotación de aproximadamente 1.500 rpm o más, pueden romperse y, a velocidades superiores a 1.000 rpm, perderán energía más rápido de lo que absorben la tasa de aceleración del proceso de integración. .
En 2007, los datos del detector de sincronización de rayos X Rossi y la nave espacial INTEGRAL descubrieron una estrella de neutrones llamada XTE J1739-285 con una velocidad de rotación de 1122 Hz. Sin embargo, este resultado no es estadísticamente significativo.
Afectados por la radiación gravitacional, la velocidad de rotación de los púlsares de milisegundos puede disminuir. Uno de los púlsares de rayos X, IGR J00291+5934, con una velocidad de rotación de 599 revoluciones por segundo, puede convertirse en el futuro en un fuerte candidato para detectar ondas gravitacionales.
Detección de ondas de gravedad mediante púlsares
Las ondas de gravedad son una predicción importante de la teoría general de la relatividad de Einstein, y se originan a partir del movimiento de una gran cantidad de materia y las fluctuaciones en el universo primitivo. Un púlsar es una estrella de neutrones altamente magnética y que gira rápidamente que generalmente se forma después de una explosión de supernova. Debido a su estabilidad, los púlsares pueden utilizarse para la detección de ondas gravitacionales, una idea propuesta por primera vez por Sazhin y Detweiler en los años 1970.
Los púlsares se consideran relojes de referencia que envían señales de sincronización en un extremo, mientras el observador está en la Tierra.
Cuando las ondas gravitacionales pasan, causarán perturbaciones en la métrica del espacio-tiempo local, afectando así la frecuencia de rotación observada del púlsar. En 1983, Hellings y Downs ampliaron este concepto al proponer que una red integral de púlsares podría detectar un fondo de ondas gravitacionales que varía en el tiempo. A principios de la década de 1980, con el descubrimiento de los primeros púlsares de milisegundos, Foster y Backer refinaron la sensibilidad de la detección de ondas gravitacionales.
En los años siguientes, con el avance de los sistemas de adquisición de datos digitales y el descubrimiento de más púlsares nuevos de milisegundos, la sensibilidad de la detección de ondas gravitacionales siguió aumentando. En junio de 2023, NANOGrav publicó 15 años de datos y proporcionó la primera evidencia de un fondo de ondas gravitacionales. Las curvas de Hellings-Downs de estas observaciones son una clara indicación del origen de las ondas de gravedad.
La formación de púlsares de milisegundos y su exploración del universo no sólo revela la evolución del universo, sino que también nos obliga a pensar en cuántos procesos desconocidos nos esperan para explorar y comprender en este vasto mar de estrellas. ?
