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Diminuta estrella colapsada disparó un gigantesco haz de materia y antimateria donde la energía se convierte en masa

Una estrella colapsada del tamaño de una ciudad, el púlsar PSR J2030+4415, antiguo resto de una estrella que estalló, tan densa que su gravedad deforma el espacio-tiempo cercano, ha generado un filamento de materia y antimateria (imagen abajo) que se extiende por billones de kilómetros (10^12 km), según lo revela el Observatorio Chandra de rayos X de la NASA. Este descubrimiento podría ayudar a explicar la presencia de positrones (las contrapartes de antimateria de los electrones, con carga positiva) detectados en toda la galaxia de la Vía Láctea y aquí en la Tierra.


Esta imagen del Observatorio de rayos X Chandra de la NASA y los telescopios ópticos terrestres muestra un haz extremadamente largo de materia y antimateria que se extiende desde un púlsar relativamente pequeño. El panel de la izquierda muestra aproximadamente un tercio de la longitud del haz del púlsar conocido como PSR J2030+4415 (J2030 para abreviar), que se encuentra a unos 1.600 años luz de la Tierra.

J2030 es un objeto denso del tamaño de una ciudad que se formó a partir del colapso de una estrella masiva y actualmente gira unas tres veces por segundo. Los rayos X de Chandra (azul) muestran la parte donde las partículas que fluyen desde el púlsar a lo largo de las líneas del campo magnético se mueven a aproximadamente un tercio de la velocidad de la luz. Una vista de primer plano del púlsar en el panel derecho muestra los rayos X creados por las partículas que vuelan alrededor del propio púlsar. A medida que el púlsar se mueve por el espacio a más de un millón y medio de kilómetros por hora, algunas de estas partículas escapan y crean el extenso filamento. En ambos paneles, se han utilizado datos de luz óptica del telescopio Gemini en Mauna Kea en Hawai y aparecen en rojo, marrón y negro. La longitud total del filamento se muestra en una imagen separada. (Crédito de rayos X: NASA/CXC/Stanford Univ./M. de Vries)

Aunque la gran mayoría del Universo consiste en materia ordinaria en lugar de antimateria, los científicos continúan encontrando en los detectores de la Tierra evidencia de una gran cantidad relativamente de positrones.

Los púlsares, ¿son la fuente de la antimateria?

¿Cuáles son las posibles fuentes de esta antimateria? Los investigadores de este nuevo estudio de Chandra sobre J2030 creen que los púlsares como este pueden ser una respuesta. La combinación de dos extremos, la rotación rápida y los campos magnéticos elevados de los púlsares, conduce a la aceleración de partículas y a la radiación de alta energía que crea pares de electrones y positrones.




La ecuación de Einstein E = mc^2 está invertida

El proceso habitual de convertir masa en energía determinado por la famosa ecuación E = mc^2 de Einstein se invierte y la energía se convierte en masa. Los campos magnéticos extremos también ayudan a separar los electrones cargados negativamente y los positrones cargados positivamente para que no se aniquilen entre sí.

Un artículo de los astrónomos Martjin de Vries y Roger Romani de la Universidad de Stanford explica que los púlsares generan vientos de partículas cargadas que generalmente están confinadas dentro de sus poderosos campos magnéticos.

Genera una fuga de partículas

El púlsar, según el artículo, está viajando a través del espacio interestelar a aproximadamente 800 mil kilómetros por hora, con el viento detrás de él. Una descarga de gas en proa se mueve frente al púlsar, similar a la acumulación de agua frente a un barco en movimiento. Sin embargo, hace unos 20 o 30 años, el movimiento del arco de choque parece haberse estancado y el púlsar lo alcanzó, lo que resultó en una colisión que probablemente provocó una fuga de partículas donde el campo magnético del viento del púlsar se vinculó con el campo magnético interestelar.

Forma una «boquilla»

Como resultado, explican los autores, los electrones y positrones de alta energía podrían haber salido a chorros a través de una «boquilla» formada por la conexión con la Vía Láctea. Los fuertes campos magnéticos del púlsar pueden colimar las partículas subatómicas en un estrecho chorro relativista de alta densidad que permite que los positrones escapen a grandes distancias interestelares. Las líneas del campo magnético del púlsar luego se reconectan con los campos magnéticos ambientales que impregnan nuestra Vía Láctea, proporcionando un conducto para que los positrones viajen distancias extremas dentro de nuestra galaxia a un tercio de la velocidad de la luz.

Piense en ello como una presa que puede abrirse (parcialmente) para dejar pasar un poco de agua.

“La ‘boquilla’ no debe considerarse literalmente”, dijo Martijn Nicolaas De Vries a The Daily Galaxy .“Más bien”, dice, “es una forma de ilustrar que sólo una pequeña fracción de los electrones y positrones (los más energéticos) se filtran al medio interestelar. El factor más importante aquí es la distancia entre el púlsar y el vértice del arco de choque, que se denomina distancia de separación. Cuanto más pequeño es, más partículas escapan. La reconexión magnética hace que este proceso sea más fácil en un lado del choque específicamente, de modo que las partículas se filtren por un lado pero no por el otro. Una forma alternativa es considerarlo como una presa que puede abrirse (parcialmente) para dejar pasar un poco de agua. Para J2030, la represa estuvo cerrada la mayor parte del tiempo. Pero debido a que golpeó este muro de densidad hace unas décadas, la distancia de separación disminuyó. Y debido a eso, por un tiempo (quizás 10 años más o menos) la represa se abrió un poco y parte del agua (es decir, los electrones/positrones) salió.

Previamente, los astrónomos han observado grandes halos alrededor de púlsares cercanos en luz de rayos gamma que implican que los positrones energéticos generalmente tienen dificultades para filtrarse hacia la galaxia. Esto socava la idea de que los púlsares explican el exceso de positrones que detectan los científicos. Sin embargo, los filamentos de púlsar que se han descubierto recientemente, como J2030, muestran que las partículas en realidad pueden escapar al espacio interestelar y, finalmente, podrían llegar a la Tierra.
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Artículo original: Maxwell Moe , astrofísico, NASA Einstein Fellow, Universidad de Arizona a través de Martjin de Vries , Chandra X-Ray Observatory y ArXiv.org – The Daily Galaxy.

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Los astrónomos descubren primer objeto Thorne-Zytkow, un raro tipo de estrella compuesta

Los objetos Thorne-Zytkow (TZOs) son híbridos de supergigantes rojas y estrellas de neutrones que, superficialmente, se parecen a las supergigantes rojas normales, como Betelgeuse en la constelación de Orión

En un descubrimiento que lleva décadas de trabajo, los científicos han detectado la primera estrella de una clase «teórica» que fue propuesta en 1975 por el físico Kip Thorne y la astrónoma Anna Zytkow. Los objetos Thorne-Zytkow (TZOs) son híbridos de supergigantes rojas y estrellas de neutrones que, superficialmente, se parecen a las supergigantes rojas normales, como Betelgeuse en la constelación de Orión. Difieren, sin embargo, en sus firmas químicas distintas, que resultan de la actividad única en sus interiores estelares.

Se cree que las TZOs se forman por la interacción de dos estrellas: una masiva supergigante roja y una estrellas de neutrones que se forma cuando un sistema binario cerrado explota como supernova. Aunque el mecanismo exacto es incierto, la teoría más generalizada sugiere que, durante la interacción evolutiva de las dos estrellas, la supergigante roja, mucho más masiva, se traga la estrella de neutrones, que a partir de ahí deriva en el núcleo de la supergigante roja.

Mientras las supergigantes rojas normales obtienen su energía de la fusión nuclear en sus núcleos, las TZOs son alimentadas por la actividad inusual de las estrellas de neutrones que fueron absorbidas en sus núcleos. El descubrimiento de esta TZO proporciona evidencia de un modelo del interior estelar previamente no detectado por los astrónomos.

El líder del proyecto, Emily Levesque, de la Universidad de Colorado en Boulder, quien a principios de este año fue galardonado con premio Annie Jump Cannon de la Sociedad Astronómica Americana, dijo: «El estudio de estos objetos es excitante, ya que representa un nuevo modelo de cómo pueden funcionar los interiores estelares. En estos interiores también tenemos una nueva forma de producir elementos pesados en el universo. Usted ha oído que todo está hecho de materia de estrellas; ahora, dentro de estas estrellas, podríamos tener una nueva manera de hacerlo».

El estudio, aceptado para su publicación en la revista Monthly Notices de la Royal Astronomical Society Letters, es co-escrito por Philip Massey, del Observatorio Lowell en Flagstaff, Arizona; Anna Zytkow de la Universidad de Cambridge en el Reino Unido; y Nidia Morrell de los Observatorios Carnegie en La Serena, Chile.

Los astrónomos hicieron su descubrimiento con el telescopio Magellan Clay de 6,5 metros en Las Campanas, en Chile. Examinaron el espectro de la luz emitida por las aparentes supergigantes rojas, que les indica qué elementos están presentes. Cuando se observó por primera vez el espectro de una estrella en particular, HV 2112 en la Pequeña Nube de Magallanes, los observadores quedaron bastante sorprendido por algunas de las poco comunes características. Morrell explicó: «¡No sé lo que es esto, pero sé que me gusta!»

Cuando Levesque y sus colegas dieron un vistazo de cerca a las sutiles líneas del espectro encontraron que contenía un exceso de rubidio, litio y molibdeno. Las investigaciones anteriores han mostrado que los procesos estelares normales pueden crear cada uno de estos elementos. Pero altas abundancias de los tres a las temperaturas típicas de las supergigantes rojas es una firma única de las TZOs.

«Estoy muy feliz de que haya comenzado a surgir la confirmación observacional de nuestra predicción teórica», dijo Zytkow. «Desde que Kip Thorne y yo propusimos nuestros modelos de estrellas de neutrones en los núcleos, nadie pudo refutar nuestro trabajo. Si la teoría es sólida, la confirmación experimental aparece tarde o temprano. Así que era una cuestión de identificar un grupo prometedor de estrellas, conseguir tiempo de telescopio y proceder con el proyecto.»

El equipo tiene cuidado de señalar que HV 2112 muestra algunas características químicas que no se ajustan exactamente con los modelos teóricos. Massey señala: «Podríamos, por supuesto, estar equivocados. Hay algunas inconsistencias menores entre algunos de los detalles de lo que encontramos y lo que la teoría predice. Pero las predicciones teóricas son bastante antiguas, y han ocurrido una gran cantidad de mejoras en la teoría desde entonces. Esperemos que nuestro descubrimiento estimule un trabajo adicional en la parte teórica ahora».

 

 

Más datos en inglés: Nuevo descubrimiento podría ser un objeto Thorne-Zytkow. Más información: Lea el estudio completo en arxiv.org/abs/1406.0001.

Fuente: Physorg. Aportado por Eduardo J. Carletti

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El púlsar y magnetar más cercano al agujero negro supermasivo de nuestra galaxia

Ayudados por el telescopio Chandra de rayos X de la NASA, el CSIC identificó la primera estrella de neutrones que podría formar un sistema binario con un agujero negro

Un equipo internacional de científicos, liderado por el Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC), descubrió el púlsar más cercano a un agujero negro supermasivo conocido hasta el momento.

Se trata del SGR J1745-2900 y ha sido detectado por una potente emisión de rayos X emitida desde la dirección de Sagitario A* (Sgr A*), el agujero negro supermasivo que reside en el centro de la Vía Láctea, a unos 26.000 años luz del Sistema Solar.

El 24 de abril de 2013, el satélite Swift detectó la poderosa emisión de rayos X. En un principio fue interpretada como una llamarada procedente del centro galáctico, pero un día después se observó una corta emisión de rayos X desde una posición consistente a la de Sgr A*, con un espectro y duración muy similar a la de un magnetar, una estrella de neutrones con campos magnéticos muy intensos.

SGR J1745-2900 es, de hecho, un joven púlsar con naturaleza de magnetar y con un periodo rotacional de 3,76 segundos. Asimismo, los científicos han calculado que existe un 90% de probabilidades de que esté orbitando alrededor del agujero negro. Para monitorizar su actividad y detectar su posición respecto a la de Sgr A*, los científicos emplearon el observatorio espacial Chandra de rayos X de la NASA.

Un púlsar es una estrella de neutrones que emite radiación periódica. Los púlsares poseen un intenso campo magnético que induce la emisión de estos pulsos de radiación electromagnética a intervalos regulares relacionados con el periodo de rotación del objeto. Estas estrellas de neutrones pueden girar sobre sí mismas hasta varios cientos de veces por segundo; un punto de su superficie puede estar moviéndose a velocidades de hasta 70.000 km/s. De hecho, las estrellas de neutrones que giran tan rápidamente se expanden en su ecuador debido a esta velocidad vertiginosa.

«Gracias a la resolución angular de este telescopio, uno de los más potentes que existen en el espacio, se pudo detectar el nuevo magnetar, justo donde se había localizado días antes la fuente de la llamarada», ha explicado la experta del CSIC, Nanda Rea. «Además, concluimos que al magnetar y al agujero negro supermasivo les separan entre 0,1 y 2 pársercs, que equivale a 0,3-6 años luz», ha añadido.

El púlsar podría estar situado dentro del disco de estrellas jóvenes y masivas observado alrededor del centro de la galaxia. «SGR J1745-2900 no es sólo el primer púlsar hallado a una distancia sub-pársec, sino que además supone la primera estrella de neutrones conocida que podría formar un sistema binario con un agujero negro», concluyó Rea.

Fuente: Varios medios. Aportado por Eduardo J. Carletti

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