Una erupción fugaz en el universo

Cádiz/Entre las estrellas de neutrones, objetos que pueden contener medio millón de veces la masa de la Tierra en un diámetro de unos 20 kilómetros, destaca un pequeño grupo con el campo magnético más intenso conocido como los magnetares. Estos objetos, de los que apenas se conocen 30, sufren violentas erupciones aún poco conocidas debido a su carácter inesperado y a su corta duración, de apenas décimas de segundo. Un grupo científico encabezado por el Instituto de Astrofísica de Andalucía (IAA-CSIC), y el Centro Birkelan para Ciencias del Espacio de la Universidad de Bergen (Noruega), donde participa también una investigadora y profesora de la Universidad de Cádiz (UCA), ha publicado en la revista Nature el estudio de una erupción en detalle: han logrado medir distintas oscilaciones, o pulsos, en su brillo durante los instantes de mayor energía, que constituyen un componente crucial para comprender las llamaradas gigantes de los magnetares, según informa la UCA a través de una nota de prensa.

Una magnetar es un tipo raro de estrella de neutrones que posee campos magnéticos extremadamente fuertes, dando lugar a ráfagas muy enérgicas y características de rayos X y rayos gamma. En nuestra galaxia, la Vía Láctea, hay pocos miles de estrellas de neutrones. De ellos, solo se sabe que 30 son magnetares. Las llamaradas gigantes de magnetar son tan brillantes que, cuando provienen de nuestra galaxia, saturan todos los instrumentos, lo que dificulta su investigación completa.

“Incluso en un estado inactivo, los magnetares pueden ser cien mil veces más luminosos que nuestro sol –apunta Alberto J. Castro-Tirado, investigador del IAA-CSIC que encabeza el trabajo–. Pero en el caso del destello que hemos estudiado, que se produjo el 15 de abril de 2020 y que duró solo en torno a una décima de segundo, la energía que se liberó es equivalente a la energía que irradia nuestro sol en 100 mil años. Las observaciones revelaron múltiples pulsos, con un primero que apareció solo alrededor de decenas de microsegundos, mucho más veloz que otros fenómenos transitorios extremos”.

En un estudio pionero publicado en el último número de Nature, los autores, incluidos ocho investigadores noruegos, informan, por primera vez, de la fina estructura de la fase de explosión principal de un magnetar. “Durante el pico duro inicial, se observan dos oscilaciones cuasi-periódicas de alta frecuencia prominentes”, detalla Ersin Gögüs (Universidad de Sabanci, Turquía). “Es probable que esto cambie las reglas del juego en nuestra comprensión de las llamaradas gigantes de magnetar”, añade Castro-Tirado.

Se cree que las erupciones en los magnetares pueden deberse a inestabilidades en su magnetosfera o a una especie de “terremotos” producidos en su corteza, una capa de carácter rígido y elástico de alrededor de un kilómetro de espesor.

“Independientemente del desencadenante, en la magnetosfera de la estrella se crearán un tipo de ondas, las ondas de Alfvén, que son bien conocidas en el sol y que mientras rebotan hacia adelante y hacia atrás entre los puntos de la base de sus líneas de campo magnético, interactúan entre sí disipando energía”, en palabras del científico del IAA-CSIC recogidas en el comunicado de prensa de la UCA.

Las oscilaciones detectadas en la erupción son consistentes con la emisión que produce la interacción entre las ondas de Alfvén, cuya energía es rápidamente absorbida por la corteza. Así, en unos pocos milisegundos termina el proceso de reconexión magnética y, por lo tanto, también los pulsos detectados en esta erupción, que desaparecieron a los 3,.5 milisegundos después del estallido principal. El análisis del fenómeno ha permitido estimar que el volumen de la llamarada fue similar o incluso mayor al de la propia estrella de neutrones.

La erupción fue detectada por el instrumento ASIM, a bordo de la Estación Espacial Internacional, que fue el único de un total de siete capaz de registrar la fase principal de la erupción en su rango completo de energía sin sufrir saturaciones. El equipo científico pudo resolver la estructura temporal del evento, una tarea verdaderamente compleja que implicó más de un año de análisis para unos datos correspondientes a un solo segundo de observación.

“La detección de oscilaciones cuasiperiódicas ha supuesto todo un reto desde el punto de vista del análisis de señal. La dificultad radica en la brevedad de la señal, cuya amplitud decae rápidamente y queda embebida en el ruido de fondo. Debemos, pues, este logro a las sofisticadas técnicas de análisis de datos que se han aplicado de manera independiente por los distintos miembros del equipo, pero también es un logro tecnológico”, como argumenta Carmen Sánchez Gil, investigadora del departamento de Estadística e Investigación Operativa de la UCA.