La mitad de las estrellas de neutrones podrían ser magnetares

Los magnetares son estrellas de neutrones con campos magnéticos extremadamente fuertes. Hasta el momento, los estudios apuntaban a que eran relativamente escasos. Ahora, un estudio liderado por investigadoras del Institut d’Estudis Espacials de Catalunya (IEEC) en el Instituto de Ciencias del Espacio (ICE-CSIC) publicado en Nature Astronomy revela que los magnetares podrían constituir alrededor del 50% de la población de estrellas de neutrones.

Este trabajo presenta el primer estudio de síntesis de poblaciones –una técnica computacional que simula la evolución de las estrellas de neutrones desde su nacimiento hasta el momento presente– que modela de forma simultánea dentro de un único marco los principales tipos de estrellas de neutrones aisladas: púlsares de radio, magnetares, objetos compactos centrales y estrellas de neutrones aisladas emisoras de rayos X. 

Solo en la Vía Láctea hay alrededor de cien mil millones de estrellas y unos cien millones de ellas (un 1%) son estrellas de neutrones, remanentes de explosiones de supernova. Los magnetares son los principales candidatos para alimentar algunos de los eventos transitorios más enérgicos del universo, como supernovas superluminosas, explosiones de rayos gamma y ráfagas rápidas de radio. Sin embargo, todavía se desconoce la proporción de magnetares que se forman respecto al total de estrellas de neutrones con campos magnéticos normales. Determinar esta fracción permitiría evaluar si la población de magnetares es lo suficientemente abundante como para explicar estos eventos. 

Según estudios recientes, existen vínculos evolutivos entre los magnetares y otros tipos de estrellas de neutrones. Hasta ahora los estudios asumían que los magnetares eran relativamente escasos, lo que dificultaba adecuar la tasa de formación de magnetares con las tasas observadas de estos objetos transitorios. Además, no tenían en cuenta las posibles relaciones evolutivas entre los distintos tipos de estrellas de neutrones. «Por ello, es esencial modelar de forma unificada los distintos tipos de estrellas de neutrones aisladas y sus posibles conexiones evolutivas, lo que permite estimar de manera consistente la fracción y el número de magnetares que se forman», afirma Celsa Pardo Araujo, primera autora del artículo e investigadora predoctoral del IEEC en el ICE-CSIC.

El equipo combina el estudio de la dinámica de las galaxias (cómo se distribuyen y se mueven las estrellas en las galaxias), la evolución de la rotación de las estrellas de neutrones (cómo van frenando su giro con el tiempo) y su evolución magnetotérmica (cómo cambian su temperatura y su campo magnético a lo largo de su vida), junto con los sesgos derivados de las observaciones astronómicas, para inferir simultáneamente tanto la fracción de magnetares como el número de explosiones de supernova en nuestra galaxia.

Este tipo de supernovas se producen cuando mueren estrellas muy masivas, de entre aproximadamente 8 y 25 masas solares, que agotan el combustible que las hace brillar y, en consecuencia, colapsan debido a la atracción gravitatoria, dando lugar a una estrella de neutrones. Reproducir las observaciones requiere una tasa de supernovas de colapso de núcleo superior a dos por siglo en la población observada, es decir, los modelos solo logran explicar el número de estrellas de neutrones detectadas si en la Vía Láctea se producen más de dos explosiones de este tipo por siglo. Conocer esta tasa es fundamental para estimar el número total de estrellas de neutrones que se espera que se formen en la galaxia. 

El equipo ha obtenido esta tasa mediante dos métodos independientes: por un lado, a partir de los remanentes de supernova observados y, por otro, a partir del número de estrellas de neutrones detectadas en la galaxia. Asumiendo esta tasa, el estudio apunta a que los magnetares representarían, en promedio, alrededor del 50% de la población de estrellas de neutrones. Este resultado sugiere que los magnetares son mucho más comunes de lo que habían indicado estudios previos hasta ahora.  

«Si los magnetares son realmente tan comunes, podrían dar explicación a un número significativo de los objetos transitorios más energéticos del universo, como las ráfagas de radio rápidas, las explosiones de rayos gamma y las supernovas superluminosas», señala Pardo Araujo.  

«Una extensión natural de este trabajo sería poner a prueba estos resultados en un contexto extragaláctico», afirma Nanda Rea, investigadora del IEEC en el ICE-CSIC. En particular, el marco de síntesis de poblaciones desarrollado en este trabajo podría aplicarse a otras galaxias para comparar la población esperada de magnetares con las tasas observadas de objetos transitorios impulsados ​​por magnetares, como supernovas superluminosas, ráfagas de radio rápidas y estallidos de rayos gamma. 

Estas comparaciones podrían confirmar la solidez de la hipótesis del magnetar como motor central de la existencia de objetos transitorios. Sin embargo, este enfoque requiere una caracterización detallada de la historia de formación estelar de cada galaxia para estimar con precisión su tasa de supernovas de colapso de núcleo, que podría diferir de la de la Vía Láctea.