Los telescopios de ESO ayudan a desentrañar el enigma del púlsar

ESO

Imagen: Esta impresión artística muestra el púlsar PSR J1023+0038 robando gas de su estrella compañera. Este gas se acumula en un disco alrededor del púlsar, cae lentamente hacia él y finalmente es expulsado en un chorro estrecho. Además, hay un viento de partículas que se alejan del púlsar, representado aquí por una nube de puntos muy pequeños. Este viento choca con el gas que cae, calentándolo y haciendo que el sistema brille intensamente en rayos X y luz ultravioleta y visible. Finalmente, gotas de este gas caliente son expulsadas a lo largo del chorro y el púlsar vuelve al estado inicial, más débil, repitiendo el ciclo. Se ha observado que este púlsar cambia incesantemente entre estos dos estados cada pocos segundos o minutos.ver más

Credit: ESO/M. Kornmesser

Con una notable campaña de observación en la que participaron 12 telescopios tanto en tierra como en el espacio, incluidas tres instalaciones del Observatorio Europeo Austral (ESO), los astrónomos han descubierto el extraño comportamiento de un púlsar, una estrella muerta que gira súper rápido. Se sabe que este misterioso objeto cambia entre dos modos de brillo casi constantemente, algo que hasta ahora ha sido un enigma. Pero los astrónomos han descubierto ahora que las eyecciones repentinas de materia del púlsar durante períodos muy cortos son responsables de estos peculiares cambios.

“Hemos sido testigos de fenómenos cósmicos extraordinarios en los que enormes cantidades de materia, similares a balas de cañón cósmicas, son lanzadas al espacio en un lapso de tiempo muy breve, de decenas de segundos, desde un objeto celeste pequeño y denso que gira a velocidades increíblemente altas”, dice María Cristina Baglio , investigador de la Universidad de Nueva York en Abu Dhabi, afiliado al Instituto Nacional Italiano de Astrofísica (INAF), y autor principal del artículo publicado hoy en Astronomy & Astrophysics.

Un púlsar es una estrella muerta, magnética y de rápida rotación que emite un haz de radiación electromagnética al espacio. A medida que gira, este rayo recorre el cosmos, de manera muy similar al rayo de un faro que escanea sus alrededores, y los astrónomos lo detectan cuando cruza la línea de visión hacia la Tierra. Esto hace que la estrella parezca palpitar con brillo visto desde nuestro planeta.

PSR J1023+0038, o J1023 para abreviar, es un tipo especial de púlsar con un comportamiento extraño. Situada a unos 4.500 años luz de distancia, en la constelación de Sextans, orbita de cerca a otra estrella. Durante la última década, el púlsar ha estado arrancando activamente materia de su compañero, que se acumula en un disco alrededor del púlsar y cae lentamente hacia él.

Desde que comenzó este proceso de acumulación de materia, el haz de barrido prácticamente desapareció y el púlsar comenzó a cambiar incesantemente entre dos modos. En el modo "alto", el púlsar emite rayos X brillantes, luz ultravioleta y visible, mientras que en el modo "bajo" es más tenue en estas frecuencias y emite más ondas de radio. El púlsar puede permanecer en cada modo durante varios segundos o minutos y luego cambiar al otro modo en tan solo unos segundos. Hasta ahora, este cambio ha desconcertado a los astrónomos.

"Nuestra campaña de observación sin precedentes para comprender el comportamiento de este púlsar involucró una docena de telescopios terrestres y espaciales de última generación", dice Francesco Coti Zelati, investigador del Instituto de Ciencias Espaciales de Barcelona, ​​España, y coautor principal de el papel. La campaña incluyó el Very Large Telescope (VLT) de ESO y el New Technology Telescope (NTT) de ESO, que detectaron luz visible e infrarroja cercana, así como el Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA), en el que ESO es socio. Durante dos noches de junio de 2021, observaron que el sistema realizaba más de 280 cambios entre sus modos alto y bajo.

"Hemos descubierto que el cambio de modo se debe a una intrincada interacción entre el viento del púlsar, un flujo de partículas de alta energía que salen del púlsar y la materia que fluye hacia el púlsar", dice Coti Zelati, también afiliado al INAF.

En el modo bajo, la materia que fluye hacia el púlsar es expulsada en un chorro estrecho perpendicular al disco. Poco a poco, esta materia se acumula cada vez más cerca del púlsar y, a medida que esto sucede, es golpeada por el viento que sopla desde la estrella pulsante, provocando que la materia se caliente. El sistema ahora está en modo alto, brillando intensamente en rayos X, luz ultravioleta y luz visible. Finalmente, el púlsar elimina las gotas de esta materia caliente a través del chorro. Con menos materia caliente en el disco, el sistema brilla con menos intensidad y vuelve al modo bajo.

Si bien este descubrimiento ha desvelado el misterio del extraño comportamiento de J1023, los astrónomos todavía tienen mucho que aprender del estudio de este sistema único y los telescopios de ESO seguirán ayudando a los astrónomos a observar este peculiar púlsar. En particular, el Telescopio Extremadamente Grande (ELT) de ESO, actualmente en construcción en Chile, ofrecerá una visión sin precedentes de los mecanismos de conmutación de J1023. "El ELT nos permitirá obtener información clave sobre cómo la abundancia, distribución, dinámica y energía de la materia que fluye alrededor del púlsar se ven afectadas por el comportamiento de cambio de modo", concluye Sergio Campana, director de investigación del Observatorio INAF Brera y coautor. de El estudio.

Esta investigación fue presentada en un artículo que aparecerá en Astronomy & Astrophysics (doi:10.1051/0004-6361/202346418)

The team is composed of M. C. Baglio (Center for Astro, Particle, and Planetary Physics, New York University Abu Dhabi, UAE [NYU Abu Dhabi]; INAF – Osservatorio Astronomico di Brera, Merate, Italy [INAF Brera]), F. Coti Zelati (Institute of Space Sciences, Campus UAB, Barcelona, Spain [ICE–CSIC]; Institut d’Estudis Espacials de Catalunya (IEEC), Barcelona, Spain [IEEC]; INAF Brera), S. Campana (INAF Brera), G. Busquet (Departament de Física Quànticai Astrofísica, Universitat de Barcelona, Spain; Institut de Ciències del Cosmos, Universitat de Barcelona, Spain; IEEC), P. D’Avanzo (INAF Brera), S. Giarratana (INAF – Istituto di Radioastronomia, Bologna, Italy [INAF Bologna]; Department of Physics and Astronomy, University of Bologna, Italy [Bologna]), M. Giroletti (INAF Bologna; Bologna), F. Ambrosino (INAF – Osservatorio Astronomico di Roma, Rome, Italy [INAF Roma]); INAF – Istituto Astrofisica Planetologia Spaziali, Rome, Italy; Sapienza Università di Roma, Rome, Italy), S.Crespi (NYU Abu Dhabi), A. Miraval Zanon (Agenzia Spaziale Italiana, Rome, Italy; INAF Roma), X. Hou (Yunnan Observatories, Chinese Academy of Sciences, Kunming, China; Key Laboratory for the Structure and Evolution of Celestial Objects, Chinese Academy of Sciences, Kunming, China), D. Li (National Astronomical Observatories, Chinese Academy of Sciences, Beijing, China; University of Chinese Academy of Sciences, Beijing, China; Research Center for Intelligent Computing Platforms, Zhejiang Laboratory, Hangzhou, China), J. Li (CAS Key Laboratory for Research in Galaxies and Cosmology, Department of Astronomy, University of Science and Technology of China, Hefei, China; School of Astronomy and Space Science, University of Science and Technology of China, Hefei, China), P. Wang (Institute for Frontiers in Astronomy and Astrophysics, Beijing Normal University, Beijing, China), D. M. Russell (NYU Abu Dhabi), D. F. Torres (INAF Brera; IEEC; Institució Catalana de Recercai Estudis Avançats, Barcelona, Spain), K. Alabarta (NYU Abu Dhabi), P. Casella (INAF Roma), S. Covino (INAF Brera), D. M. Bramich (NYU Abu Dhabi; Division of Engineering, New York University Abu Dhabi, UAE), D. de Martino (INAF − Osservatorio Astronomico di Capodimonte, Napoli, Italy), M. Méndez (Kapteyn Astronomical Institute, University of Groningen, Groningen, The Netherlands), S. E. Motta (INAF Brera), A. Papitto (INAF Roma), P. Saikia (NYU Abu Dhabi), and F. Vincentelli (Instituto de Astrofísica de Canarias, Tenerife, Spain; Departamento de Astrofísica, Universidad de La Laguna, Tenerife, Spain).

El Observatorio Europeo Austral (ESO) permite a científicos de todo el mundo descubrir los secretos del Universo para el beneficio de todos. Diseñamos, construimos y operamos observatorios terrestres de clase mundial, que los astrónomos utilizan para abordar cuestiones interesantes y difundir la fascinación de la astronomía, y promovemos la colaboración internacional para la astronomía. Establecida como organización intergubernamental en 1962, hoy ESO cuenta con el apoyo de 16 Estados miembros (Austria, Bélgica, la República Checa, Dinamarca, Francia, Finlandia, Alemania, Irlanda, Italia, los Países Bajos, Polonia, Portugal, España, Suecia, Suiza y Reino Unido), junto con el estado anfitrión de Chile y con Australia como Socio Estratégico. La sede de ESO y su centro de visitantes y planetario, ESO Supernova, se encuentran cerca de Munich en Alemania, mientras que el desierto de Atacama chileno, un lugar maravilloso con condiciones únicas para observar el cielo, alberga nuestros telescopios. ESO opera tres sitios de observación: La Silla, Paranal y Chajnantor. En Paranal, ESO opera el Very Large Telescope y su interferómetro Very Large Telescope, así como telescopios de rastreo como VISTA. También en Paranal, ESO albergará y operará el Cherenkov Telescope Array South, el observatorio de rayos gamma más grande y sensible del mundo. Junto con socios internacionales, ESO opera ALMA en Chajnantor, una instalación que observa los cielos en el rango milimétrico y submilimétrico. En Cerro Armazones, cerca de Paranal, estamos construyendo “el ojo más grande del mundo para observar el cielo”: el Telescopio Extremadamente Grande de ESO. Desde nuestras oficinas en Santiago, Chile apoyamos nuestras operaciones en el país y nos relacionamos con los socios y la sociedad chilena.

El Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA), una instalación astronómica internacional, es una asociación de ESO, la Fundación Nacional de Ciencias de EE. UU. (NSF) y los Institutos Nacionales de Ciencias Naturales (NINS) de Japón en cooperación con la República de Chile. ALMA está financiada por ESO en nombre de sus Estados miembros, por NSF en cooperación con el Consejo Nacional de Investigación de Canadá (NRC) y el Consejo Nacional de Ciencia y Tecnología (NSTC) de Taiwán y por NINS en cooperación con la Academia Sínica (AS). en Taiwán y el Instituto de Astronomía y Ciencias Espaciales de Corea (KASI). La construcción y operaciones de ALMA están dirigidas por ESO en nombre de sus Estados miembros; por el Observatorio Nacional de Radioastronomía (NRAO), gestionado por Associated Universities, Inc. (AUI), en representación de América del Norte; y por el Observatorio Astronómico Nacional de Japón (NAOJ) en nombre de Asia Oriental. El Observatorio Conjunto ALMA (JAO) proporciona el liderazgo y la gestión unificados de la construcción, puesta en servicio y operación de ALMA.

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