La meitat de les estrelles de neutrons podrien ser magnetars

Els magnetars són estrelles de neutrons amb camps magnètics extremament forts. Fins ara, els estudis apuntaven que eren relativament escassos. Ara, un estudi liderat per investigadores de l’Institut d’Estudis Espacials de Catalunya (IEEC) a l’Institut de Ciències de l’Espai (ICE-CSIC) publicat a Nature Astronomy revela que els magnetars podrien constituir al voltant del 50% de la població d’estrelles de neutrons. 

Aquest treball presenta el primer estudi de síntesi de poblacions –una tècnica computacional que simula l’evolució de les estrelles de neutrons des del seu naixement fins al moment present– que modela de manera simultània dins d’un únic marc els principals tipus d’estrelles de neutrons aïllades: púlsars de ràdio, magnetars, objectes compactes centrals i estrelles de neutrons aïllades emissores de raigs X.

Només a la Via Làctia hi ha al voltant de cent mil milions d’estrelles i uns cent milions (un 1%) són estrelles de neutrons, romanents d’explosions de supernova. Els magnetars són els principals candidats per alimentar alguns dels esdeveniments transitoris més energètics de l’univers, com ara supernoves superlluminoses, explosions de raigs gamma i ràfegues ràpides de ràdio. Tot i això, encara es desconeix la proporció de magnetars que es formen respecte al total d’estrelles de neutrons amb camps magnètics normals. Determinar aquesta fracció permetria avaluar si la població de magnetars és prou abundant per explicar aquests esdeveniments.

Segons estudis recents, hi ha vincles evolutius entre els magnetars i altres tipus d’estrelles de neutrons. Fins ara els estudis assumien que els magnetars eren relativament escassos, cosa que dificultava adequar la taxa de formació de magnetars amb les taxes observades d’aquests objectes transitoris. A més, no tenien en compte les possibles relacions evolutives entre els diferents tipus d’estrelles de neutrons. «Per això, és essencial modelar de manera unificada els diferents tipus d’estrelles de neutrons aïllades i les possibles connexions evolutives, cosa que permet estimar de manera consistent la fracció i el nombre de magnetars que es formen», afirma Celsa Pardo Araujo, primera autora de l’article i investigadora predoctoral de l’IEEC a l’ICE-CSIC.

L’equip combina l’estudi de la dinàmica de les galàxies (com es distribueixen i es mouen les estrelles a les galàxies), l’evolució de la rotació de les estrelles de neutrons (com van frenant el seu gir amb el temps) i la seva evolució magnetotèrmica (com canvien la temperatura i el camp magnètic al llarg de la seva vida), juntament amb els biaixos derivats de les observacions astronòmiques, per inferir simultàniament tant la fracció de magnetars com el nombre d’explosions de supernova a la nostra galàxia.

Aquest tipus de supernoves es produeixen quan moren estrelles molt massives, d’entre aproximadament 8 i 25 masses solars, que esgoten el combustible que les fa brillar i, en conseqüència, col·lapsen a causa de l’atracció gravitatòria, donant lloc a una estrella de neutrons. Reproduir les observacions requereix una taxa de supernoves de col·lapse de nucli superior a dos per segle a la població observada, és a dir, els models només aconsegueixen explicar el nombre d’estrelles de neutrons detectades si a la Via Làctia es produeixen més de dues explosions d’aquest tipus per segle. Conèixer aquesta taxa és fonamental per estimar el nombre total d’estrelles de neutrons que s’espera que es formin a la galàxia.

L’equip ha obtingut aquesta taxa mitjançant dos mètodes independents: d’una banda, a partir dels romanents de supernova observats i, de l’altra, a partir del nombre d’estrelles de neutrons detectades a la galàxia. Assumint aquesta taxa, l’estudi apunta que els magnetars representarien de mitjana al voltant del 50% de la població d’estrelles de neutrons. Aquest resultat suggereix que els magnetars són molt més comuns del que havien indicat estudis previs fins ara.

«Si els magnetars són realment tan comuns, podrien donar explicació a un nombre significatiu dels objectes transitoris més energètics de l’univers, com les ràfegues de ràdio ràpides, les explosions de raigs gamma i les supernoves superlluminoses», assenyala Pardo Araujo.

«Una extensió natural d’aquest treball seria posar a prova aquests resultats en un context extragalàctic», afirma Nanda Rea, investigadora de l’IEEC a l’ICE-CSIC. En particular, el marc de síntesi de poblacions desenvolupat en aquest treball podria aplicar-se a altres galàxies per comparar la població esperada de magnetars amb les taxes observades d’objectes transitoris impulsats per magnetars, com supernoves superlluminoses, ràfegues de ràdio ràpides i esclats de raigs gamma.

Aquestes comparacions podrien confirmar la solidesa de la hipòtesi del magnetar com a motor central de l’existència d’objectes transitoris. No obstant això, aquest enfocament requereix una caracterització detallada de la història de formació estel·lar de cada galàxia per estimar amb precisió la seva taxa de supernoves de col·lapse de nucli, que podria diferir de la de la Via Làctia.