Representación artística de un Pulsar, una estrella de neutrones giratoria altamente magnetizada que emite rayos de radiación electromagnética desde sus polos magnéticos. Crédito de la imagen: NANOGrav.
Los púlsares actúan como faros cósmicos mientras giran. Un pulso de ondas de radio se produce cada vez que el haz de un púlsar apunta hacia la Tierra. Estos pulsos se pueden «cronometrar» de la misma manera que el tictac de un reloj.
La energía producida por la conversión de hidrógeno en helio en sus núcleos densos y muy calientes ayuda a las estrellas como nuestro Sol a resistir su gravedad extrema. Las estrellas pueden convertir elementos cada vez más pesados cuando se quedan sin hidrógeno en sus núcleos.
De hecho, el Sol terminará su vida con un núcleo de carbono y oxígeno, las estrellas más masivas producirán elementos aún más pesados como resultado de este proceso. De hecho, las estrellas con masas aproximadamente diez veces mayores que la del Sol tendrán un núcleo de hierro al final de sus vidas. La fusión nuclear no se producirá en este núcleo de hierro, por lo que la gravedad aumentará y el núcleo colapsará sobre sí mismo. En una explosión de supernova intensa, las capas exteriores regresarán al núcleo.
Los restos de estrellas con masas superiores a 20 veces la masa del Sol se convertirán en agujeros negros, pero los restos de estrellas con masas entre 10 y 20 veces la masa del Sol se convertirán en estrellas de neutrones. Las densidades de las estrellas de neutrones son asombrosas: una pequeña porción de material de una estrella de neutrones en la Tierra pesaría tanto como toda la población humana. Además, tienen campos magnéticos muy grandes, y son una clase única de estrellas de neutrones que giran rápidamente y emiten emisiones de radio.
La estudiante de doctorado Jocelyn Bell Burnell descubrió los púlsares por primera vez en 1967 en el Observatorio de Radioastronomía Mullard de Cambridge, Inglaterra. Observó pulsos repetidos separados por 1,3 segundos que provenían de la misma región del cielo. En ese momento, el pulso era inexplicable y se conocía como LGM (pequeños hombres verdes o Little green men), pero ahora lo conocemos como púlsar B1919+21. Los primeros cuatro púlsares fueron descubiertos por Bell Burnell, pero ahora se han descubierto más de 3.000.
Los púlsares actúan como faros cósmicos mientras giran. Un pulso de ondas de radio se produce cada vez que el haz de un púlsar apunta hacia la Tierra. Estos pulsos se pueden «cronometrar» de la misma manera que el tictac de un reloj. Una subclase de púlsares, los milisegundos, giran cientos de veces por segundo y tienen la misma estabilidad que los mejores relojes atómicos del mundo. Un experimento de sincronización de púlsares se llama NANOGrav. Esto requiere la creación de modelos de sincronización y la observación de pulsos de milisegundos durante períodos de tiempo extremadamente largos. Estos modelos deben tomar en cuenta una variedad de efectos astrofísicos, incluida la rotación intrínseca del púlsar, su movimiento alrededor de un compañero binario y su viaje a través del medio interestelar. Debido a la precisión de estos modelos de sincronización, NANOGrav puede buscar desviaciones muy pequeñas de los tiempos de llegada de los pulsos esperados debido a efectos astrofísicos como las ondas gravitacionales.
Las ondas gravitacionales que surgen de la fusión de agujeros negros supermasivos comprimen y estiran el espacio-tiempo en una parte entre un billón. NANOGrav puede predecir los tiempos de llegada de los pulsos regulares de milisegundos que giran rápidamente, similares a relojes, para detectar estos cambios muy sutiles mediante la técnica conocida como sincronización de púlsares. Los pulsos llegan demasiado pronto o demasiado tarde según un patrón predecible y distintivo debido a las ondas gravitacionales que pasan a través de nuestra galaxia. NANOGrav estudia ondas gravitacionales de baja frecuencia al cronometrar docenas de púlsares dispersos por toda la galaxia como parte de su conjunto de sincronización de púlsares.
Los experimentos con matrices de temporización de púlsares son similares a los sistemas de posicionamiento global (GPS): de la misma manera que su teléfono se comunicará con satélites en órbita alrededor de la Tierra para determinar con precisión su posición, NANOGrav utiliza púlsares de milisegundos para detectar pequeños cambios en la posición de la Tierra debido al estiramiento y contracción del espacio-tiempo inducido por las ondas gravitacionales. El conjunto de púlsares de NANOGrav es similar a los satélites GPS esparcidos por el cielo. Solo los púlsares con mejor comportamiento y parecidos a relojes son adecuados para nuestra matriz de temporización de púlsares porque las desviaciones que busca NANOGrav son muy minúsculas.
NANOGrav utiliza grandes radiotelescopios para recopilar periódicamente datos de temporización de decenas de púlsares de milisegundos. Este conjunto de datos es una poderosa herramienta para investigar procesos astrofísicos no relacionados, además de ser lo último en la tecnología para detectar ondas gravitacionales de baja frecuencia. Por ejemplo, las observaciones regulares de la sincronización de los púlsares de NANOGrav han mejorado nuestra comprensión de cómo la materia fría entre las estrellas se mueve, cambia y tiene un impacto en las señales que estudiamos. Además, NANOGrav nos ayuda a comprender mejor cómo se comporta la materia extremadamente densa en el interior de las estrellas de neutrones porque nuestras observaciones han proporcionado mediciones increíblemente precisas en estrellas de neutrones de gran masa.
REFERENCIAS
NANOGrav: https://nanograv.org/
