22/Oct/04

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Científicos solucionan rompecabezas sobre las estrellas magnéticas

El rompecabezas que representaban las 'estrellas magnéticas' acaba de ser resuelto por los astrofísicos de la Max Planck Society.

(Max Planck Society) ¿Cómo es posible explicar la enorme potencia de los campos magnéticos de las así llamadas 'estrellas magnéticas'? Esta pregunta, en lo que refiere al tema de los campos magnéticos presentes en el cosmos, y que fue por primera vez fue realizada hace medio siglo atrás, hace muy poco fue respondida por científicos del Instituto Max Planck para Astrofísica en Garching.

Mediante el uso de simulaciones numéricas en tres dimensiones han hallado las configuraciones de campo magnético que subyacen en los potentes campos magnéticos que se observan en las superficies de las llamadas estrellas magnéticas tipo A y las enanas blancas magnéticas, y cómo es que esos campos magnéticos pueden sobrevivir durante todo el tiempo de vida de dichas estrellas (Nature, 14/Oct/2004).

Los resultados han confirmado las hipótesis sobre los 'campos fósiles', las cuales proponen que esos campos magnéticos son remanentes de los campos presentes en el gas al momento de formarse la estrella.

Este descubrimiento es importante ya que se observan tres tipos de estrellas que poseen campos magnéticos intensos. Las más conocidas son las denominadas estrellas magnéticas tipo A, en otros aspectos estrellas normales (de entre 2 a 10 veces la masa del Sol) las que tienen un campo magnético similar a un imán en barra. Un ejemplo de este tipo es Alioth (Epsilon Ursae Majoris, la quinta estrella en la Osa Mayor).

Entre las estrellas tipo enana blanca existen algunas que poseen campos magnéticos hasta 100.000 veces más grandes que las anteriores, y finalmente están las que son denominadas 'magnetars': son estrellas de neutrones con campos magnéticos hasta 100.000 millones de veces más grandes que los de un imán comercial.

Forma de las líneas de campo en una estrella magnética, según fue calculado por simulaciones numéricas (imágenes estéreo de arriba-izq.). Se forma un anillo de líneas de fuerza enroscadas unas sobre otras (en azul). Las líneas de fuerza que se proyectan hacia fuera de la superficie de la estrella (en rojo) son estabilizadas y apretadas unas sobre otras por las líneas enroscadas en el interior de la estrella. Esto se ilustra en el dibujo esquemático (abajo-derecha) y en el corte de la estrella (arriba-derecha). Esta configuración de campo se va desplazando muy lentamente hacia fuera (en el periodo de millones de años) bajo la influencia de la resistividad eléctrica finita de la estrella, luego se distorsiona tomando la forma de la costura en una pelota de tenis (abajo-izquierda), y luego desaparece de la estrella. Imagen: Instituto Max Planck de Astrofísica

El campo magnético de todas las estrellas mencionadas es continuo y estático, en contraste con el campo del Sol y de otras estrellas similares a éste, que son más débiles y consisten de pequeñas regiones, y cambian de modo continuo.

Desde el descubrimiento de las estrellas magnéticas 50 años atrás, han existido dos hipótesis compitiendo como explicación de tales campos magnéticos. En una de ellas, se asume que el campo es generado por los movimientos convectivos en el núcleo de la estrella, del mismo modo que es generado el campo magnético terrestre. La otra hipótesis es la del campo magnético 'fósil': la idea de que éste es sólo un remanente del campo magnético existente en las nubes de gas de las que las estrellas se crean.

Existe evidencia que apoya esta teoría, por ejemplo: el hecho de que los campos observados no cambian con el tiempo. El problema principal con esta teoría ha sido que no se conocía ninguna configuración de campo que pudiera sobrevivir durante toda la vida de una estrella. Todas las configuraciones que habían sido estudiadas hasta ahora habían demostrado ser inestables, y hubieran decaído en un período de unos pocos años.

Esto demostraba que era necesario que se cumplieran dos requisitos para la teoría del campo fósil fuera viable. Primero, era necesario que existieran configuraciones de campo estables, que no eran claramente evidentes, en vista de la naturaleza fluida y cambiante del material estelar. Segundo, que debería haber un camino posible hacia esas configuraciones estables, desde cualquier configuración de campo con la que la estrella naciera. En el Instituto Max Planck, utilizando simulaciones numéricas, los investigadores han descubierto una configuración en la que la evolución de una configuración inestable inicial converge hacia un estado estable final.

El estado estable resultó siempre tener la misma forma: un anillo (toroide) de líneas de campo enroscadas, similar a las configuraciones utilizadas en los modernos experimentos de fusión controlada. Se parece un poco a la forma de una cubierta de auto en la que alambres de acero de la malla salen de su superficie. En la superficie de la estrella, estas líneas conforman aproximadamente el campo magnético de un dipolo, tal como ha sido observado.

Con estos resultados, los investigadores del Instituto Max Planck han logrado suministrar una base sólida a la teoría de las estrellas magnéticas: como remanentes de los campos magnéticos presentes en las nubes de gas de las que se forman las estrellas, y también explican por qué es posible que los campos magnéticos puedan sobrevivir por cientos de millones de años. Al mismo tiempo, estos resultados hacen muy probable que los campos magnéticos de las enanas blancas y de las estrellas de neutrones tengan la misma estructura y estabilidad.