Magnetar - Magnetar

Concepción artística de una magnetar, con líneas de campo magnético.
Concepción artística de una poderosa magnetar en un cúmulo estelar

Una magnetar es un tipo de estrella de neutrones que se cree que tiene un campo magnético extremadamente poderoso (∼10 9 a 10 11 T , ∼10 13 a 10 15 G ). La desintegración del campo magnético impulsa la emisión de radiación electromagnética de alta energía , particularmente rayos X y rayos gamma . La teoría sobre estos objetos fue propuesta en 1992 por Robert Duncan y Christopher Thompson . La teoría fue desarrollada posteriormente por Bohdan Paczyński y sus proponentes. Esta teoría explicaba un estallido de rayos gamma de la Gran Nube de Magallanes que había sido detectado el 5 de marzo de 1979, y otros estallidos menos brillantes del interior de nuestra galaxia. Durante la década siguiente, la hipótesis del magnetar se aceptó ampliamente como una explicación probable de los repetidores de rayos gamma suaves (SGR) y los púlsares de rayos X anómalos (AXP). En 2020, se detectó una ráfaga de radio rápida (FRB) de un magnetar.

Descripción

Al igual que otras estrellas de neutrones , los magnetares miden alrededor de 20 kilómetros (12 millas) de diámetro y tienen una masa de aproximadamente 1,4 masas solares. Se forman por el colapso de una estrella con una masa de 10 a 25 veces la del Sol . La densidad del interior de una magnetar es tal que una cucharada de su sustancia tendría una masa de más de 100 millones de toneladas. Los magnetares se diferencian de otras estrellas de neutrones porque tienen campos magnéticos aún más fuertes y, en comparación, giran más lentamente. La mayoría de los magnetares giran una vez cada dos a diez segundos, mientras que las estrellas de neutrones típicas giran de una a diez veces por segundo. El campo magnético de una magnetar da lugar a ráfagas muy fuertes y características de rayos X y rayos gamma. La vida activa de un magnetar es corta. Sus fuertes campos magnéticos decaen después de unos 10.000 años, tras lo cual cesan la actividad y la fuerte emisión de rayos X. Dado el número de magnetares observables en la actualidad, una estimación sitúa el número de magnetares inactivos en la Vía Láctea en 30 millones o más.

Los terremotos provocados en la superficie del magnetar perturban el campo magnético que lo rodea, lo que a menudo conduce a emisiones de llamaradas de rayos gamma extremadamente poderosas que se han registrado en la Tierra en 1979, 1998 y 2004.

Tipos de estrellas de neutrones (24 de junio de 2020)

Campo magnético

Magnetars se caracterizan por sus campos magnéticos extremadamente potentes de ~ 10 9 a 10 11 T . Estos campos magnéticos son cien millones de veces más fuertes que cualquier imán hecho por el hombre, y aproximadamente un billón de veces más poderoso que el campo que rodea la Tierra . La Tierra tiene un campo geomagnético de 30 a 60 microteslas, y un imán de tierras raras basado en neodimio tiene un campo de aproximadamente 1,25 tesla, con una densidad de energía magnética de 4,0 × 10 5 J / m 3 . El campo de 10 10 teslas de un magnetar , por el contrario, tiene una densidad de energía de 4.0 × 10 25 J / m 3 , con una densidad de masa E / c 2 más de 10,000 veces la del plomo . El campo magnético de una magnetar sería letal incluso a una distancia de 1.000 km debido al fuerte campo magnético que distorsiona las nubes de electrones de los átomos constituyentes del sujeto, haciendo imposible la química de las formas de vida conocidas. A una distancia de la mitad de la Tierra a la Luna, una distancia promedio entre la Tierra y la Luna de 384,400 km (238,900 millas), una magnetar podría quitar información de las bandas magnéticas de todas las tarjetas de crédito en la Tierra. A partir de 2010, son los objetos magnéticos más poderosos detectados en todo el universo.

Como se describe en el artículo de portada de Scientific American de febrero de 2003 , suceden cosas notables dentro de un campo magnético de fuerza de magnetar. " Los fotones de rayos X se dividen fácilmente en dos o se fusionan. El vacío en sí está polarizado, volviéndose fuertemente birrefringente , como un cristal de calcita . Los átomos se deforman en cilindros largos más delgados que la longitud de onda de De Broglie relativista cuántica de un electrón". En un campo de alrededor de 10 5 teslas orbitales atómicos se deforman en las formas de varilla. A 10 10 teslas, un átomo de hidrógeno , 1,06 × 10 −10 m, se convierte en un eje 200 veces más estrecho que su diámetro normal.

Orígenes de los campos magnéticos

La teoría dominante de los campos fuertes de los magnetares es que resulta de un proceso de dínamo magnetohidrodinámico en el fluido conductor turbulento y extremadamente denso que existe antes de que la estrella de neutrones se asiente en su configuración de equilibrio. Estos campos luego persisten debido a corrientes persistentes en una fase protón-superconductor de la materia que existe a una profundidad intermedia dentro de la estrella de neutrones (donde los neutrones predominan en masa). Un proceso de dínamo magnetohidrodinámico similar produce campos transitorios aún más intensos durante la coalescencia de pares de estrellas de neutrones. Pero otra teoría es que simplemente resultan del colapso de estrellas con campos magnéticos inusualmente altos.

Formación

Magnetar SGR 1900 + 14 (centro de la imagen) que muestra un anillo de gas circundante de 7 años luz de diámetro en luz infrarroja, visto por el Telescopio Espacial Spitzer . El magnetar en sí no es visible en esta longitud de onda, pero se ha visto con luz de rayos X.

En una supernova , una estrella colapsa en una estrella de neutrones y su campo magnético aumenta dramáticamente en fuerza a través de la conservación del flujo magnético . Reducir a la mitad una dimensión lineal aumenta cuatro veces el campo magnético. Duncan y Thompson calcularon que cuando el giro, la temperatura y el campo magnético de una estrella de neutrones recién formada cae en los rangos correctos, un mecanismo de dínamo podría actuar, convirtiendo el calor y la energía rotacional en energía magnética y aumentando el campo magnético, normalmente un ya enorme 10 8 teslas , a más de 10 11 teslas (o 10 15 gauss ). El resultado es una magnetar . Se estima que aproximadamente una de cada diez explosiones de supernovas resulta en una magnetar en lugar de una estrella de neutrones o púlsar más estándar .

1979 descubrimiento

El 5 de marzo de 1979, unos meses después del lanzamiento exitoso de satélites a la atmósfera de Venus , los dos cohetes espaciales soviéticos no tripulados, Venera 11 y 12 , fueron alcanzados por una ráfaga de radiación gamma aproximadamente a las 10:51 EST. Este contacto elevó las lecturas de radiación en ambas sondas de un valor normal de 100 cuentas por segundo a más de 200.000 cuentas por segundo, en solo una fracción de milisegundo.

Este estallido de rayos gamma continuó propagándose rápidamente. Once segundos después, Helios 2 , una sonda de la NASA , que estaba en órbita alrededor del Sol , fue saturada por la explosión de radiación. Pronto golpeó Venus, y los detectores del Pioneer Venus Orbiter fueron superados por la ola. Segundos más tarde, la Tierra recibió la onda de radiación, donde la potente salida de rayos gamma inundó los detectores de tres satélites Vela del Departamento de Defensa de Estados Unidos , el satélite soviético Prognoz 7 y el Observatorio Einstein . Justo antes de que la ola saliera del Sistema Solar, la explosión también golpeó al Explorador Internacional Sol-Tierra . Esta explosión extremadamente poderosa de radiación gamma constituyó la onda más fuerte de rayos gamma extrasolares jamás detectada; fue más de 100 veces más intenso que cualquier estallido extrasolar anterior conocido. Debido a que los rayos gamma viajan a la velocidad de la luz y el tiempo del pulso fue registrado por varias naves espaciales distantes, así como en la Tierra, la fuente de radiación gamma podría calcularse con una precisión de aproximadamente 2 segundos de arco . La dirección de la fuente se correspondía con los restos de una estrella que se había convertido en supernova alrededor del 3000 a . C. Estaba en la Gran Nube de Magallanes y la fuente se llamó SGR 0525-66 ; el evento en sí se denominó GRB 790305b , la primera megaflare SGR observada.

Descubrimientos recientes

Impresión artística de un estallido de rayos gamma y una supernova impulsada por un magnetar

El 21 de febrero de 2008, se anunció que la NASA y los investigadores de la Universidad McGill habían descubierto una estrella de neutrones con las propiedades de un púlsar de radio que emitía algunas explosiones de energía magnética, como una magnetar. Esto sugiere que los magnetares no son simplemente un tipo raro de púlsar, sino que pueden ser una fase (posiblemente reversible) en la vida de algunos púlsares. El 24 de septiembre de 2008, ESO anunció lo que determinó que era el primer candidato a magnetar ópticamente activo descubierto hasta ahora, utilizando el Very Large Telescope de ESO . El objeto recién descubierto se denominó SWIFT J195509 + 261406. El 1 de septiembre de 2014, la ESA publicó la noticia de un magnetar cercano al remanente de supernova Kesteven 79 . Astrónomos de Europa y China descubrieron este magnetar, llamado 3XMM J185246.6 + 003317, en 2013 al observar imágenes que habían sido tomadas en 2008 y 2009. En 2013, se descubrió un magnetar PSR J1745−2900 , que orbita el agujero negro en el sistema Sagitario A * . Este objeto proporciona una valiosa herramienta para estudiar el medio interestelar ionizado hacia el Centro Galáctico . En 2018, se determinó que el resultado de la fusión de dos estrellas de neutrones era una magnetar hipermasiva.

En abril de 2020, se sugirió un posible vínculo entre ráfagas de radio rápidas (FRB) y magnetares, según las observaciones de SGR 1935 + 2154 , una probable magnetar ubicada en la galaxia Vía Láctea .

Magnetares conocidos

El 27 de diciembre de 2004, una ráfaga de rayos gamma de SGR 1806-20 pasó a través del Sistema Solar ( se muestra la concepción del artista ). La explosión fue tan poderosa que tuvo efectos en la atmósfera de la Tierra, en un rango de unos 50.000 años luz .

A julio de 2021, se conocen 24 magnetares, con seis candidatos más en espera de confirmación. Se proporciona una lista completa en el catálogo en línea McGill SGR / AXP. Ejemplos de magnetares conocidos incluyen:

  • SGR 0525−66 , en la Gran Nube de Magallanes , ubicada a unos 163.000 años luz de la Tierra, la primera encontrada (en 1979)
  • SGR 1806-20 , ubicado a 50.000 años luz de la Tierra en el lado más alejado de la Vía Láctea en la constelación de Sagitario .
  • SGR 1900 + 14 , ubicado a 20.000 años luz de distancia en la constelación de Aquila . Después de un largo período de bajas emisiones (ráfagas significativas sólo en 1979 y 1993) se activó en mayo-agosto de 1998, y una ráfaga detectada el 27 de agosto de 1998 tuvo la potencia suficiente para obligar a NEAR Shoemaker a cerrar para evitar daños y para saturar instrumentos en BeppoSAX , WIND y RXTE . El 29 de mayo de 2008, el telescopio espacial Spitzer de la NASA descubrió un anillo de materia alrededor de esta magnetar. Se cree que este anillo se formó en el estallido de 1998.
  • SGR 0501 + 4516 fue descubierto el 22 de agosto de 2008.
  • 1E 1048.1−5937 , ubicado a 9,000 años luz de distancia en la constelación de Carina . La estrella original, a partir de la cual se formó la magnetar, tenía una masa de 30 a 40 veces la del Sol .
  • En septiembre de 2008, ESO informa la identificación de un objeto que inicialmente identificó como un magnetar, SWIFT J195509 + 261406 , originalmente identificado por una explosión de rayos gamma (GRB 070610).
  • CXO J164710.2-455216 , ubicado en el cúmulo galáctico masivo Westerlund 1 , que se formó a partir de una estrella con una masa superior a 40 masas solares.
  • SWIFT J1822.3 Star-1606 descubierto el 14 de julio de 2011 por investigadores italianos y españoles del CSIC en Madrid y Cataluña. Este magnetar, contrariamente a las previsiones, tiene un campo magnético externo bajo, y podría ser tan joven como medio millón de años.
  • 3XMM J185246.6 + 003317, descubierto por un equipo internacional de astrónomos, al observar datos del telescopio de rayos X XMM-Newton de la ESA .
  • SGR 1935 + 2154 , emitió un par de ráfagas de radio luminosas el 28 de abril de 2020. Se especuló que estos podrían ser ejemplos galácticos de ráfagas de radio rápidas .
  • Swift J1818.0-1607 , explosión de rayos X detectada en marzo de 2020, es uno de los cinco magnetares conocidos que también son púlsares de radio. Puede que tenga solo 240 años.
Magnetar— SGR J1745-2900
Magnetar-SGR1745-2900-20150515.jpg
Magnetar encuentra muy cerca del agujero negro , Sagitario A * , en el centro de la Vía Láctea, la galaxia

Supernovas brillantes

Se cree que las supernovas inusualmente brillantes son el resultado de la muerte de estrellas muy grandes como supernovas de inestabilidad de pares (o supernovas de inestabilidad de pares pulsantes). Sin embargo, investigaciones recientes de astrónomos han postulado que la energía liberada por magnetares recién formados en los remanentes de supernovas circundantes puede ser responsable de algunas de las supernovas más brillantes, como SN 2005ap y SN 2008es.

Ver también

Referencias

Específico
Libros y literatura
General

enlaces externos

  • Catálogo de McGill Online Magnetar [1]