Traducido por el equipo de sott.net

Una firma en la luz de rayos X emitida por una estrella muerta altamente magnetizada conocida como magnetar sugiere que la estrella tiene una superficie sólida sin atmósfera, según un nuevo estudio realizado por una colaboración internacional codirigida por investigadores de la UCL.
Magnetar
© ESO/L. Calçada
Impresión artística de un magnetar en el cúmulo estelar Westerlund 1.
El estudio, publicado en la revista Science, utiliza datos de un satélite de la NASA, el Imaging X-ray Polarimetry Explorer (IXPE), lanzado el pasado diciembre. El satélite, fruto de la colaboración entre la NASA y la Agencia Espacial Italiana, ofrece una nueva forma de observar la luz de los rayos X en el espacio midiendo su polarización, es decir, la dirección del movimiento de las ondas de luz.

El equipo analizó la observación de IXPE del magnetar 4U 0142+61, situado en la constelación de Casiopea, a unos 13.000 años luz de la Tierra. Era la primera vez que se observaba la luz de rayos X polarizada de un magnetar.

Los magnetares son estrellas de neutrones, núcleos remanentes muy densos de estrellas masivas que han explotado como supernovas al final de sus vidas. A diferencia de otras estrellas de neutrones, tienen un inmenso campo magnético, el más potente del universo. Emiten rayos X brillantes y muestran periodos erráticos de actividad, con la emisión de estallidos y llamaradas que pueden liberar en sólo un segundo una cantidad de energía millones de veces mayor que la que emite nuestro Sol en un año. Se cree que se alimentan de sus ultrapotentes campos magnéticos, de 100 a 1.000 veces más fuertes que las estrellas de neutrones estándar.

Al examinar los datos, el equipo identificó una proporción de luz polarizada mucho menor que la esperada si los rayos X atravesaban una atmósfera. (La luz polarizada es aquella en la que todo el movimiento está en la misma dirección, es decir, los campos eléctricos vibran sólo en una dirección. Una atmósfera actúa como un filtro, seleccionando sólo un estado de polarización de la luz). El equipo también descubrió que, en el caso de las partículas de luz con energías más altas, el ángulo de polarización, o el "meneo", se invertía exactamente 90 grados en comparación con la luz con energías más bajas, tal y como predicen los modelos teóricos de las estrellas con costras sólidas rodeadas de magnetosferas llenas de corrientes eléctricas.

La coautora, la profesora Silvia Zane (del Laboratorio de Ciencias Espaciales Mullard de la UCL), miembro del equipo científico del IXPE, dijo: "Esto fue completamente inesperado. Estaba convencida de que habría una atmósfera. El gas de la estrella ha alcanzado un punto de inflexión y se ha convertido en sólido de forma similar a como el agua podría convertirse en hielo. Esto es el resultado del increíblemente fuerte campo magnético de la estrella".

"Pero, al igual que con el agua, la temperatura también es un factor: un gas más caliente requerirá un campo magnético más fuerte para volverse sólido".

"Un próximo paso es observar estrellas de neutrones más calientes con un campo magnético similar, para investigar cómo la interacción entre la temperatura y el campo magnético afecta a las propiedades de la superficie de la estrella".

El autor principal, el Dr. Roberto Taverna, de la Universidad de Padua, dijo: "La característica más interesante que pudimos observar es el cambio en la dirección de la polarización con la energía, con un ángulo de polarización que oscila exactamente 90 grados".

"Esto concuerda con lo que predicen los modelos teóricos y confirma que los magnetares están efectivamente dotados de campos magnéticos ultrafuertes".

Según la teoría cuántica, un entorno fuertemente magnetizado hace que la luz se polarice en dos direcciones: paralela al campo magnético y perpendicular a él. La cantidad y la dirección de la polarización observada proporcionan una información que no estaría disponible de otra manera, dejando un rastro de la estructura del campo magnético y del estado físico de los materiales en la región de la estrella de neutrones.

A altas energías, se espera que dominen los fotones polarizados perpendicularmente al campo magnético, lo que da lugar a la oscilación de polarización de 90 grados observada.

El profesor Roberto Turolla, de la Universidad de Padua, que también es profesor honorario del Laboratorio de Ciencias Espaciales Mullard de la UCL, dijo: "La polarización a bajas energías nos dice que es probable que el campo magnético sea tan fuerte como para convertir la atmósfera que rodea a la estrella en un sólido o un líquido, un fenómeno conocido como condensación magnética".

"Se cree que la corteza sólida de la estrella está compuesta por un entramado de iones, mantenidos juntos por el campo magnético. Los átomos no serían esféricos, sino alargados en la dirección del campo magnético".

"Todavía es objeto de debate si los magnetares y otras estrellas de neutrones tienen o no atmósfera. Sin embargo, el nuevo trabajo es la primera observación de una estrella de neutrones en la que una corteza sólida es una explicación fiable."

El profesor Jeremy Heyl, de la Universidad de Columbia Británica (UBC), añadió: "También cabe destacar que la inclusión de los efectos de la electrodinámica cuántica, como hicimos en nuestro modelo teórico, da resultados compatibles con la observación de IXPE. No obstante, también estamos investigando modelos alternativos para explicar los datos del IXPE, para los que aún faltan simulaciones numéricas adecuadas."