Cúmulo estelar Westerlund 1 y las posiciones del magnetar y de la que fue
probablemente su estrella compañera. Crédito: ESO 1415b
Un
Magnetar o Magnetoestrella, es una estrella de neutrones alimentada con un campo magnético extremadamente fuerte; se trata de una variedad de púlsar
cuya principal característica es la expulsión, en un período de tiempo muy
breve equivalente a la duración de un relámpago, de enormes cantidades de altas
energías en forma de rayos X y rayos gamma.
Los rayos Gamma están formados por
fotones pertenecientes al extremo más energético del espectro electromagnético,
seguido de los rayos X y a continuación, los rayos ultravioleta. Si los rayos X
expulsados por el magnetar son de alta intensidad, recibe el nombre de púlsar
anómalo de rayos X – AXPs (Anomalous X-ray Pulsars) en inglés – y si los rayos expulsados pertenecen al espectro
Gamma de más alta intensidad, reciben el nombre de Repetidores de Gamma Suave –SGRs (Soft Gamma Repeaters) en inglés.
Vista
de campo amplio del cielo alrededor del Cúmulo estelar Westerlund 1.
Crédito: ESO 1415d
A 16.000 años de la Tierra, en el Cúmulo Estelar Westerlund 1 ubicado en
la austral Constelación del Altar o Ara,
alberga uno de las dos docenas de Magnetares conocidos en nuestra Galaxia La
Vía Láctea; se le ha llamado CXOU J164710 2-455216 el cual ha
mantenido intrigado a los astrónomos.
El
Cúmulo Estelar Abierto Westerlund 1 fue descubierto en 1961 desde Australia por el
astrónomo sueco Bengt Westerlund, que más tarde se convirtió en Director
de la ESO en Chile (1970-74). Este cúmulo está detrás
de una enorme nube interestelar de gas y polvo, que bloquea la mayor parte de
su luz visible. El factor de atenuación es de más de 100.000, por eso ha
llevado tanto tiempo descubrir la naturaleza verdadera de este particular
cúmulo.
Constelación del Altar (ARA)
Westerlund 1 es un laboratorio natural
único para el estudio de la física estelar extrema, ayudando a los astrónomos a
descubrir cómo viven y mueren las estrellas más masivas de la Vía Láctea. De sus
observaciones, los astrónomos deducen que este cúmulo extremo probablemente
contiene no menos de 100.000 veces la masa del Sol, y todas sus estrellas se
encuentran dentro de una región a menos de 6 años luz. Westerlund 1 parece ser el
cúmulo compacto joven más masivo identificado hasta el momento en nuestra
galaxia, la Vía Láctea.
Todas las estrellas analizadas hasta
ahora en Westerlund 1 tienen masas de, al menos, 30 a 40 veces la del Sol. Dado
que este tipo de estrellas tienen una vida muy corta — astronómicamente
hablando — Westerlund 1 debe ser muy joven. Los astrónomos determinan una edad
de entre 3,5 y 5 millones de años. Westerlund 1 es claramente un cúmulo recién
nacido en nuestra galaxia.
Cuando una estrella masiva colapsa por
su propia gravedad durante una explosión de supernova, puede formar, una estrella de
neutrones o un agujero negro. Los magnetares son una
forma inusual y muy exótica de estrella de neutrones. Como todos estos objetos
extraños, son pequeños y extraordinariamente densos — una cucharadita de
materia de estrella de neutrones tendría una masa de aproximadamente mil
millones de toneladas — tienen campos
magnéticos extremadamente potentes. Las superficies de los magnetares liberan
grandes cantidades de rayos gamma cuando atraviesan una etapa de ajuste
repentino, conocida como un terremoto estelar (starquake), como
consecuencia de las enormes tensiones que tienen lugar en sus cortezas.
"En
nuestro anterior trabajo (eso1034)
demostramos que el magnetar del cúmulo Westerlund 1 (eso0510) debe haber
nacido de la explosiva muerte de una estrella con unas 40 veces la masa del
Sol. Pero este hecho representa un problema en sí mismo, ya que se supone que,
tras morir, las estrellas tan masivas colapsan para formar agujeros negros, no
estrellas de neutrones. No entendíamos cómo podía haberse transformado en
magnetar", afirma Simon Clark, autor principal del artículo que plasma
estos resultados.
Los astrónomos
propusieron una solución a este misterio. Sugirieron que el magnetar se formó
por las interacciones de dos estrellas muy masivas en órbita una en torno a la
otra, en un sistema binario tan compacto que encajaría dentro de la órbita de la Tierra alrededor del Sol.
Pero, hasta ahora, no se había detectado ninguna estrella acompañante en la
ubicación del magnetar en Westerlund 1, así que los astrónomos utilizaron el
VLT para buscarlo en otras partes del cúmulo. Buscaron estrellas fugitivas —
objetos que escapan del cúmulo a grandes velocidades — que podría haber sido
expulsadas de la órbita por la explosión de supernova que formó al
magnetar. Se descubrió que una estrella, conocida como CL* Westerlund 1 W-5, parecía encajar
perfectamente con lo que buscaban.
"No
es sólo que esta estrella tenga la alta velocidad esperada si está siendo
impulsada por una explosión de supernova, sino que además parece imposible
replicar, en una estrella individual, las condiciones de baja masa, alta
luminosidad y abundancia de carbono en la composición — un pista que indica que
debe haberse formado, originalmente, con una compañera binaria", añade
Ben Ritchie (Open University), coautor del nuevo artículo.
Este descubrimiento permitió a los
astrónomos reconstruir la historia de la vida de la estrella que permitió la
formación del magnetar en lugar del esperado agujero negro.
A medida que las estrellas envejecen,
sus reacciones nucleares cambian su composición química; los elementos que
alimentan las reacciones se agotan y se acumulan los productos generados por
las reacciones.
Esta huella química estelar es,
primero, rica en hidrógeno y nitrógeno, pero pobre en carbono, y sólo aumenta
la cantidad de carbono en fases muy tardías de la vida de las estrellas,
momento en el que se reducen considerablemente el hidrógeno y el nitrógeno. Se
cree que es imposible que estrellas individuales sean ricas, simultáneamente,
en hidrógeno, nitrógeno y carbono, cosa que ocurre con Wd1-5.
Impresión artística del Cúmulo Estelar
Westerlund 1. Crédito: ESO1415a
En la primera etapa de este proceso, la
estrella más masiva de la pareja comienza a quedarse sin combustible,
transfiriendo sus capas externas a su compañera menos masiva — que está
destinada a convertirse en magnetar — haciendo que gire cada vez más rápido.
Esta rápida rotación parece ser el ingrediente esencial en la formación del
campo magnético ultra-fuerte del magnetar.
En la segunda
etapa, como resultado de esta transferencia de masa, la propia compañera llega
a ser tan masiva que, a su vez, desprende una gran cantidad de la masa
recientemente adquirida. Gran parte de esta masa se pierde, pero una parte pasa
de nuevo a la estrella original, la que todavía hoy vemos brillando y conocemos
como Westerlund 1-5.
"Este proceso
de intercambio de material ha sido el que ha proporcionado a Westerlund 1-5 su
firma química única, y el que ha permitido que la masa de su compañera encoja a
niveles lo suficientemente bajos como para que nazca un magnetar en lugar de un
agujero negro — ¡una forma de pasarse la “patata caliente” con consecuencias
cósmicas!", concluye Francisco Najarro (Centro de Astrobiología,
España), miembro del equipo de investigación.
Por lo tanto,
en la receta para formar un magnetar, parece que un ingrediente fundamental es
ser una de las componentes de una estrella doble. La rápida rotación generada
por la transferencia de masas entre las dos estrellas parece necesaria para
generar el campo magnético ultra fuerte y, posteriormente, una segunda fase de
transferencia de masa permite al futuro magnetar adelgazar lo suficiente como
para no colapsar en agujero negro en el momento de su muerte.
Fuente: ESO
1415es 14.mayo.2014
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