Por primera vez un equipo de investigadores ha observado pulsos sincronizados en óptico y en rayos X que provienen de un púlsar, el PSR J1023+0038. Este descubrimiento indica la existencia de un mecanismo físico común que produce las dos emisiones, algo difícilmente explicable con los modelos existentes. Esto hizo que los científicos desarrollaran una nueva teoría que recientemente ha sido publicada por la revista The Astrophysical Journal.
El descubrimiento fue posible gracias a observaciones simultáneas realizadas en mayo de 2017 por el Telescopio Nazionale Galileo, equipado con el fotómetro óptico rápido SiFAP, el telescopio de rayos X XMM-Newton de la Agencia Espacial Europea, y otros telescopios ópticos y de rayos X.
Los púlsares de milisegundo son las estrellas conocidas que más rápido giran. Son estrellas de neutrones que giran alrededor de sus ejes cientos de veces cada segundo. Su velocidad de rotación increíblemente alta es el resultado de formar parte de un sistema binario y capturar masa de su compañera.
Frecuentemente se observan pulsos de rayos X cuando un púlsar de milisegundo acumula la materia trasferida de su estrella compañera en un disco de acrecimiento. Por otro lado, púlsares de milisegundo que no acumulan materia, emiten pulsos de radio y de rayos gamma, que son alimentados por la rotación de sus campos magnéticos.
Se ha observado que algunos púlsares de milisegundo alternan la emisión entre radio y rayos X con un periodo de unos días. Púlsares de este tipo se denominan púlsares de transición y han atraído el interés de la comunidad para tratar de entender cómo la interacción entre el campo magnético y el flujo de materia pueda dar forma a los cambios de estado que se han observado.
El Telescopio Nazionale Galileo ya se había equipado en 2016 con un fotómetro de alta velocidad, el Fotómetro Astronómico Rápido de Silicio (SiFAP, por sus siglas en inglés), para observar el objeto clave de los sistemas de transición – PSR J1023 + 0038. Sorprendentemente, la emisión óptica resultó pulsar con el mismo período de giro de 1,6 milisegundos del púlsar, lo que lo convirtió en el primer púlsar óptico de milisegundo observado hasta la fecha.
Este descubrimiento generó más preguntas de las que respondió, ya que las pulsaciones ópticas resultaron ser increíblemente brillantes. Para resolver este acertijo, un equipo de investigadores dirigido por Alessandro Papitto (INAF – Observatorio Astronómico de Roma) propuso observar la fuente, con instrumentos de alta resolución temporal, en el rango óptico y en rayos X de forma simultánea. La campaña de observación de dos días tuvo lugar en mayo de 2017 y fue encabezada por SiFAP como instrumento visitante en el Telescopio Nazionale Galileo y por el telescopio de rayos X XMM-Newton de la Agencia Espacial Europea e incluyendo cinco instalaciones más (los satélites de la NASA Swift y NuSTAR, el Gran Telescopio Canarias, el Nordic Optical Telescope, Observatorì del Montsec.)
Se descubrió que las pulsaciones ópticas y de rayos X tienen una forma similar, observándose la aparición y desaparición de las mismas durante unas pocas decenas de minutos de forma simultánea. Esto hace suponer que haya un único mecanismo físico que alimenta la emisión de pulsos observada en ambas bandas, algo que los modelos convencionales no pueden explicar.
Los autores propusieron un nuevo escenario basado en la interacción entre el viento del púlsar, impulsado por la rotación del campo magnético, y la materia en el disco de acrecimiento que gira alrededor del púlsar. Las pulsaciones ópticas y de rayos X se producirían en la región límite, donde el viento proveniente del púlsar retiene el disco de materia. En este punto las partículas del viento del púlsar se aceleran aún más y comienzan a emitir su energía, produciendo así los pulsos ópticos y de rayos X observados. Las pulsaciones desaparecerían cuando el límite interior del disco fuera empujado más lejos del púlsar por la presión de su viento.
De acuerdo con este escenario, PSR J1023 + 0038 podría ser el prototipo de una nueva clase de nebulosas de viento de púlsar de tipo enanas, de unos ~100 km de ancho. Fuentes similares podrían arrojar luz sobre las propiedades del viento de púlsar cerca de la región donde se origina y sobre su interacción con la materia de alta densidad que rodea al púlsar.
Estas observaciones confirman la capacidad del fotómetro SiFAP para detectar señales rápidas coherentes y la posibilidad de estudiar objetos relativistas como estrellas de neutrones y agujeros negros con alta resolución temporal y en longitudes de onda visibles.
Más información en el artículo:
“Pulsating in unison at optical and X-ray energies: simultaneous
high-time resolution observations of the transitional millisecond pulsar PSR J1023+0038”
https://iopscience.iop.org/article/10.3847/1538-4357/ab2fdf
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