El telescopio IXPE de la NASA desvela los misterios de un púlsar singular

Un equipo internacional de astrónomos, liderado por investigadores del Observatorio de Brera del Instituto Nacional de Astrofísica de Italia (INAF) y, del Institut d’Estudis Espacials de Catalunya (IEEC) en el Instituto de Ciencias del Espacio (ICE-CSIC), ha descubierto nuevas evidencias que explican cómo los remanentes pulsantes de estrellas que explotaron en el pasado interactúan con la materia circundante en las profundidades del cosmos. Para ello, se han realizado observaciones con el telescopio IXPE (Imaging X-ray Polarimetry Explorer) de la NASA y otros telescopios. Los hallazgos han sido publicados en The Astrophysical Journal Letters. 

El equipo fijó su objetivo en un misterioso dúo cósmico llamado PSR J1023+0038 o J1023, como abreviación. J1023 consiste en una estrella de neutrones que gira rápidamente y se alimenta de su estrella compañera de baja masa, creando un disco de acreción alrededor de la estrella de neutrones. Esta estrella de neutrones también es un púlsar, que emite potentes haces de luz gemelos desde sus polos magnéticos opuestos mientras rota como un faro.

J1023 es singular y valioso como objeto de estudio porque transiciona entre entre su estado activo, en el que se alimenta de su estrella compañera, y un estado más latente, en el que emite pulsaciones detectables como ondas de radio. Esto lo convierte en un ‘púlsar de transición de milisegundos’.

«Los púlsares de transición de milisegundos son laboratorios cósmicos que nos ayudan a comprender cómo evolucionan las estrellas de neutrones en sistemas binarios», afirma la investigadora del Observatorio de Brera del INAF Maria Cristina Baglio y autora principal del estudio que ilustra los nuevos hallazgos.

Con el telescopio NICER (Neutron star Interior Composition Explorer) de la NASA y el Observatorio Neil Gehrels Swift se obtuvieron observaciones importantes del sistema binario en altas energías. También se utilizaron datos de los telescopios Very Large Telescope en Chile y del Karl G. Jansky Very Large Array en Estados Unidos.

La gran pregunta para los científicos y científicas sobre este sistema de púlsar fue: ¿dónde se originan los rayos X? La respuesta ha servido para sustentar teorías más amplias sobre la aceleración de partículas, la física de acreción y los entornos que rodean a las estrellas de neutrones en todo el universo.

El origen sorprendió al equipo: los rayos X procedían del viento del púlsar, una mezcla caótica de gases, ondas de choque, campos magnéticos y partículas aceleradas cerca de la velocidad de la luz, que golpea el disco de acreción.

Para llegar a esta conclusión, el equipo midió el ángulo de polarización tanto en rayos X como en luz óptica. La polarización mide cómo se organizan las ondas de luz. Analizaron la polarización de rayos X con IXPE, el único telescopio capaz de realizar estas mediciones en el espacio, y la compararon con la polarización óptica de otros telescopios. El telescopio IXPE se lanzó en diciembre de 2021 y ha realizado numerosas observaciones de púlsares, pero J1023 es el primer sistema de este tipo que ha explorado. El resultado: encontraron el mismo ángulo de polarización en las diferentes longitudes de onda.

«Este hallazgo constituye una prueba sólida de que un único mecanismo físico coherente subyace a toda la luz que observamos», afirmó Francesco Coti Zelati, investigador del IEEC en el ICE-CSIC y coautor principal de los hallazgos. Diego F. Torres y Nanda Rea, también miembros del ICE-CSIC y del IEEC, jugaron un papel fundamental en el estudio, contribuyendo a la interpretación de los complejos datos observacionales.

Esta interpretación desafía la creencia generalizada sobre las emisiones de radiación de las estrellas de neutrones en sistemas binarios, según los investigadores. Los modelos anteriores indicaban que los rayos X proceden del disco de acreción, pero este nuevo estudio muestra que se originan con el viento del púlsar.

El equipo continúa estudiando los púlsares transicionales de milisegundos, evaluando cómo los mecanismos físicos observados se parecen a los de otros púlsares y nebulosas de viento de púlsar. Los conocimientos obtenidos podrían ayudar a pulir modelos teóricos que describen cómo los vientos de púlsar generan radiación y llevan a los investigadores un paso más cerca, coinciden Baglio y Coti Zelati, de comprender totalmente los mecanismos físicos que operan en estos extraordinarios sistemas cósmicos.

Nota de prensa realizada en colaboración con el Instituto de Ciencias del Espacio (ICE-CSIC).