Los patrones de superficie para diferentes modos de torsión. Click para agrandar
Una explosión masiva en la superficie de una estrella de neutrones dio a los astrónomos la oportunidad de mirar dentro de su superficie, de forma similar a cómo los geólogos entienden la estructura de la Tierra bajo nuestros pies. La explosión sacudió la estrella de neutrones y la hizo sonar como una campana. Las vibraciones luego pasaron a través de capas de diferente densidad, fangosas o sólidas, cambiando los rayos X que se transmitían. Los astrónomos calcularon que tiene una corteza más gruesa de aproximadamente 1,6 km (1 milla) de profundidad, lo que coincide con las estimaciones teóricas.
Un equipo de científicos alemán-estadounidense del Instituto Max Planck de Astrofísica y de la NASA ha utilizado el Rossi X-ray Timing Explorer de la NASA para estimar la profundidad de la corteza de una estrella de neutrones, el objeto más denso conocido en el universo. La corteza, dicen, tiene aproximadamente 1,6 kilómetros de profundidad y está tan compacta que una cucharadita de este material pesaría unos 10 millones de toneladas en la Tierra.
Esta medida, la primera de su tipo, fue cortesía de una explosión masiva en una estrella de neutrones en diciembre de 2004. Las vibraciones de la explosión revelaron detalles sobre la composición de la estrella. La técnica es análoga a la sismología, el estudio de las ondas sísmicas de terremotos y explosiones, que revelan la estructura de la corteza y el interior de la Tierra.
Esta nueva técnica de sismología proporciona una forma de sondear el interior de una estrella de neutrones, un lugar de gran misterio y especulación. La presión y la densidad son tan intensas aquí que el núcleo podría albergar partículas exóticas que se cree que existieron solo en el momento del Big Bang.
La Dra. Anna Watts, del Instituto Max Planck de Astrofísica en Garching, realizó esta investigación en colaboración con el Dr. Tod Strohmayer del Centro de Vuelo Espacial Goddard de la NASA en Greenbelt, Maryland.
"Creemos que esta explosión, la más grande de su tipo jamás observada, realmente sacudió a la estrella y literalmente comenzó a sonar como una campana", dijo Strohmayer. “Las vibraciones creadas en la explosión, aunque débiles, proporcionan pistas muy específicas sobre de qué están hechos estos objetos extraños. Al igual que una campana, el anillo de una estrella de neutrones depende de cómo las ondas pasan a través de capas de diferente densidad, ya sea fangosa o sólida ".
Una estrella de neutrones son los restos centrales de una estrella una vez varias veces más masiva que el sol. Una estrella de neutrones contiene aproximadamente 1.4 masas solares de material amontonado en una esfera de solo unos 20 kilómetros de diámetro. Los dos científicos examinaron una estrella de neutrones llamada SGR 1806-20, que se encuentra a unos 40,000 años luz de la Tierra en la constelación de Sagitario. El objeto está en una subclase de estrellas de neutrones altamente magnéticas llamadas magnetares.
El 27 de diciembre de 2004, la superficie de SGR 1806-20 experimentó una explosión sin precedentes, el evento más brillante jamás visto desde más allá de nuestro sistema solar. La explosión, llamada hiperflama, fue causada por un cambio repentino en el poderoso campo magnético de la estrella que agrietó la corteza, lo que probablemente produzca un gran terremoto. El evento fue detectado por muchos observatorios espaciales, incluido el Rossi Explorer, que observó la luz de rayos X emitida.
Strohmayer y Watts piensan que las oscilaciones son evidencia de vibraciones torsionales globales dentro de la corteza de la estrella. Estas vibraciones son análogas a las ondas S observadas durante los terremotos terrestres, como una onda que se mueve a través de una cuerda. Su estudio, basado en observaciones de vibraciones de esta fuente por el Dr. GianLuca Israel del Instituto Nacional de Astrofísica de Italia, encontró varias frecuencias nuevas durante la hiperflama.
Posteriormente, Watts y Strohmayer confirmaron sus mediciones con el generador de imágenes espectroscópicas solares Ramaty High Energy de la NASA, un observatorio solar que también registró la hiperflama, y encontraron la primera evidencia de una oscilación de alta frecuencia a 625 Hz, indicativo de ondas que atraviesan la corteza verticalmente.
La abundancia de frecuencias, similar a un acorde, en lugar de una sola nota, permitió a los científicos estimar la profundidad de la corteza estelar de neutrones. Esto se basa en una comparación de frecuencias de ondas que viajan alrededor de la corteza de la estrella y de aquellas que viajan radialmente a través de ella. El diámetro de una estrella de neutrones es incierto, pero según la estimación de unos 20 kilómetros de diámetro, la corteza tendría aproximadamente 1,6 kilómetros de profundidad. Esta cifra, basada en las frecuencias observadas, está en línea con las estimaciones teóricas.
La sismología de Starquake es muy prometedora para determinar muchas propiedades de estrellas de neutrones. Strohmayer y Watts han analizado los datos archivados de Rossi de una hiperflamación magnetar 1998 más tenue (de SGR 1900 + 14) y también encontraron oscilaciones reveladoras aquí, aunque no lo suficientemente fuertes como para determinar el grosor de la corteza.
Una explosión de estrella de neutrones más grande detectada en los rayos X podría revelar secretos más profundos, como la naturaleza de la materia en el núcleo de la estrella. Una posibilidad emocionante es que el núcleo pueda contener quarks libres. Los Quarks son los bloques de construcción de protones y neutrones, y en condiciones normales siempre están estrechamente unidos. Encontrar evidencia de quarks libres ayudaría a comprender la verdadera naturaleza de la materia y la energía. Los laboratorios en la Tierra, incluidos los aceleradores de partículas masivas, no pueden generar las energías necesarias para revelar quarks libres.
"Las estrellas de neutrones son excelentes laboratorios para el estudio de la física extrema", dijo Watts. "Nos encantaría poder abrir una, pero dado que eso probablemente no va a suceder, observar los efectos de una hiperflamación magnetar en una estrella de neutrones es quizás la mejor opción".
Fuente original: Sociedad Max Planck
