¿Qué son los púlsares y los quásares? Espacio, púlsares y estrellas de neutrones. Un descubrimiento que no encaja en el marco de las teorías modernas.

El remanente de la supernova Corma-A, que tiene una estrella de neutrones en su centro

Las estrellas de neutrones son restos de estrellas masivas que han llegado al final de su camino evolutivo en el tiempo y el espacio.

Estos interesantes objetos nacen de gigantes que alguna vez fueron masivos y que son de cuatro a ocho veces más grandes que nuestro Sol. Esto sucede en una explosión de supernova.

Después de tal explosión, las capas exteriores son arrojadas al espacio, el núcleo permanece, pero ya no es capaz de soportar la fusión nuclear. Sin presión externa de las capas suprayacentes, colapsa y se contrae catastróficamente.

A pesar de su pequeño diámetro (unos 20 km), las estrellas de neutrones pueden presumir de tener 1,5 veces más masa que nuestro Sol. Por tanto, son increíblemente densos.

Una pequeña cucharada de materia estelar en la Tierra pesaría unos cien millones de toneladas. En él, los protones y los electrones se combinan para formar neutrones, un proceso llamado neutronización.

Compuesto

Se desconoce su composición; se supone que pueden consistir en un líquido de neutrones superfluido. Tienen una atracción gravitacional extremadamente fuerte, mucho mayor que la de la Tierra o incluso la del Sol. Esta fuerza gravitacional es especialmente impresionante porque es de pequeño tamaño.
Todos giran alrededor de un eje. Durante la compresión, se mantiene el momento angular de rotación y, debido a la reducción de tamaño, aumenta la velocidad de rotación.

Debido a la enorme velocidad de rotación, la superficie exterior, que es una "corteza" sólida, periódicamente se agrieta y se producen "terremotos estelares", que ralentizan la velocidad de rotación y arrojan el "exceso" de energía al espacio.

Las asombrosas presiones que existen en el núcleo pueden ser similares a las que existían en el momento del Big Bang, pero lamentablemente no se pueden simular en la Tierra. Por tanto, estos objetos son laboratorios naturales ideales donde podemos observar energías no disponibles en la Tierra.

Púlsares de radio

Las radioulsars fueron descubiertas a finales de 1967 por la estudiante graduada Jocelyn Bell Burnell como fuentes de radio que pulsan a una frecuencia constante.
La radiación emitida por la estrella es visible como una fuente de radiación pulsante o púlsar.

Representación esquemática de la rotación de una estrella de neutrones.

Los radiopúlsares (o simplemente púlsares) son estrellas de neutrones en rotación cuyos chorros de partículas se mueven casi a la velocidad de la luz, como el haz de un faro en rotación.

Después de girar continuamente durante varios millones de años, los púlsares pierden su energía y se convierten en estrellas de neutrones normales. Hoy en día sólo se conocen unos 1.000 púlsares, aunque puede haber cientos de ellos en la galaxia.

Radiopúlsar en la Nebulosa del Cangrejo

Algunas estrellas de neutrones emiten rayos X. La famosa Nebulosa del Cangrejo es un buen ejemplo de un objeto de este tipo, formado durante una explosión de supernova. Esta explosión de supernova se observó en el año 1054 d.C.

Viento de Pulsar, vídeo del telescopio Chandra

Un radiopúlsar en la Nebulosa del Cangrejo fotografiado por el Telescopio Espacial Hubble a través de un filtro de 547 nm (luz verde) del 7 de agosto de 2000 al 17 de abril de 2001.

Magnetares

Las estrellas de neutrones tienen un campo magnético millones de veces más fuerte que el campo magnético más fuerte producido en la Tierra. También se les conoce como magnetares.

Planetas alrededor de estrellas de neutrones

Hoy sabemos que cuatro tienen planetas. Cuando está en un sistema binario, es posible medir su masa. De estas binarias de radio o rayos X, las masas medidas de las estrellas de neutrones eran aproximadamente 1,4 veces la masa del Sol.

Sistemas duales

En algunas binarias de rayos X se ve un tipo de púlsar completamente diferente. En estos casos, la estrella de neutrones y la ordinaria forman un sistema binario. Un fuerte campo gravitacional atrae material de una estrella ordinaria. El material que cae sobre él durante el proceso de acreción se calienta tanto que produce rayos X. Los rayos X pulsados ​​son visibles cuando los puntos calientes del púlsar giratorio pasan a través de la línea de visión desde la Tierra.

Para los sistemas binarios que contienen un objeto desconocido, esta información ayuda a distinguir si se trata de una estrella de neutrones o, por ejemplo, de un agujero negro, porque los agujeros negros son mucho más masivos.

La existencia de fuentes de radio en el espacio se conoce desde hace bastante tiempo. Pero por primera vez se detectó un objeto de este tipo que emite pulsos rápidos. Aparecían como un reloj, una vez por segundo. Al principio pensaron que la señal provenía de un satélite en órbita, pero esta idea fue rápidamente descartada. Después de que se encontraron varios objetos más similares, se les llamó púlsares debido a su naturaleza de rápida pulsación.

Se han descubierto púlsares brillantes en casi todas las longitudes de onda de la luz. De hecho, algunos se pueden ver. La mayoría de la gente tiende a confundir los púlsares con los quásares. Pero estos dos objetos son completamente diferentes. Los cuásares son objetos que producen enormes cantidades de energía. Lo más probable es que surgieron como resultado de un enorme agujero negro en el centro de una galaxia joven. Pero un púlsar es algo completamente diferente.

Púlsares: el factor faro

Un púlsar es esencialmente una estrella de neutrones que gira rápidamente. Una estrella de neutrones es el núcleo altamente compactado de una estrella muerta que queda de la explosión de una supernova. Esta estrella de neutrones tiene un poderoso campo magnético. Este campo magnético es aproximadamente un billón de veces más fuerte que el campo magnético de la Tierra. El campo magnético hace que la estrella de neutrones emita fuertes ondas de radio y partículas radiactivas desde sus polos norte y sur. Estas partículas pueden incluir diversas radiaciones, incluida la luz visible.

Modelo gráfico de un púlsar.

Los púlsares que emiten potentes rayos gamma se conocen como púlsares de rayos gamma. Si una estrella de neutrones tiene su polo mirando hacia la Tierra, entonces podemos ver ondas de radio cada vez que uno de los polos aparece ante nuestro campo de visión. Este efecto es muy similar al efecto faro. Para un observador estacionario, parece que la luz de la baliza giratoria parpadea constantemente, luego desaparece y luego vuelve a aparecer. De la misma manera, nos parece que un púlsar parpadea mientras gira sus polos con respecto a la Tierra. Los diferentes púlsares emiten pulsos a diferentes velocidades, según el tamaño y la masa de la estrella de neutrones. A veces un púlsar puede tener un satélite. En algunos casos, puede atraer a su compañero, lo que hace que gire aún más rápido. Los púlsares más rápidos pueden emitir más de cien pulsaciones por segundo.

Estrellas de neutrones

La formación de un púlsar se produce cuando una estrella masiva muere tras agotar sus reservas de combustible. Se produce una gran explosión, conocida como supernova, el evento más poderoso y brillante del Universo. Sin la fuerza de contrapeso de la fusión nuclear, la gravedad comienza a empujar las masas estelares hacia adentro hasta que quedan muy comprimidas. En un púlsar, la gravedad los compacta hasta que forman un objeto compuesto principalmente de neutrones, tan juntos que ya no pueden existir como materia ordinaria.

Diagrama de la estructura de una estrella de neutrones.

El físico Chandrasekhar Subrahmanian propuso que si la masa del núcleo de una estrella destruida es 1,4 veces la masa de la estrella misma, los protones y electrones se combinarán en neutrones en la estrella de neutrones. Este número se conoce hoy como límite de Chandrasekhar. Si no se alcanza este límite debido a la destrucción del núcleo, se forma una enana blanca. Si se excede significativamente este límite, se puede formar un agujero negro.

La estrella que colapsa comienza a girar más rápidamente, lo que se conoce como conservación del impulso durante la rotación. Este proceso es similar al de los patinadores artísticos que intentan juntar las manos con fuerza para girar aún más rápido. El resultado es una bola de neutrones muy compactada que gira rápidamente dentro de una capa de hierro. Las fuerzas de gravedad extremas hacen que este caparazón sea muy suave y brillante. La estrella de neutrones resultante tiene sólo unos 30-35 km de diámetro y contiene la mayor parte de la masa de la estrella original con la que se formó. La materia de esta estrella de neutrones está tan compacta que un trozo de esta estrella del tamaño de un terrón de azúcar pesaría más de 100 millones de toneladas en la Tierra.

Descubrimiento de púlsares y estrellas de neutrones

Incluso hoy en día se están descubriendo nuevos púlsares utilizando grandes radiotelescopios. El radiotelescopio más grande del mundo se encuentra en Arecibo, Puerto Rico. Fue una de las herramientas clave en la búsqueda de púlsares. En los últimos años se han descubierto varios púlsares nuevos. El púlsar se encuentra dentro de la famosa Nebulosa del Cangrejo (M1).

El púlsar más rápido, PSR1937 +21, tiene un período de pulso de 1,56 ms, o 640 veces por segundo. El púlsar más fuerte es el PSR 0329 +54, con un pulso muy lento de sólo 0,715 segundos. Recientemente se descubrieron púlsares como el PSR 1257 +12. Los científicos creen que los planetas giran a su alrededor.

Los púlsares fueron descubiertos de forma totalmente accidental a mediados de los años 60 del siglo XX. Esto sucedió durante las observaciones realizadas con un radiotelescopio, que originalmente fue diseñado para estudiar diversas fuentes parpadeantes en las profundidades inexploradas del espacio. ¿Cuáles son estos objetos espaciales?

Descubrimiento de púlsares por investigadores británicos

Un grupo de científicos, Jocelyn Bell, Anthony Huis y otros, realizaron una investigación en la Universidad de Cambridge. Estos pulsos llegaron con una frecuencia de 0,3 segundos y su frecuencia era de 81,5 MHz. En aquel momento, los astrónomos aún no habían pensado qué era realmente un púlsar y cuál era su naturaleza. Lo primero que notaron fue la asombrosa frecuencia de los “mensajes” que descubrieron. Después de todo, el parpadeo ordinario se producía de forma caótica. Entre los científicos incluso se asumió que estas señales son evidencia de que una civilización extraterrestre intenta llegar a la humanidad. Para designarlos, se introdujo el nombre LGM: esta abreviatura en inglés significaba pequeños hombres verdes ("pequeños hombres verdes"). Los investigadores comenzaron a hacer serios intentos de descifrar el misterioso "código", y para ello atrajeron a eminentes descifradores de códigos de todo el planeta. Sin embargo, sus intentos no tuvieron éxito.

Durante los siguientes tres años, los astrónomos descubrieron 3 fuentes similares más. Y entonces los científicos se dieron cuenta de lo que es un púlsar. Resultó ser otro objeto del Universo que no tiene nada que ver con civilizaciones extraterrestres. Fue entonces cuando los púlsares recibieron su nombre. Por su descubrimiento, el científico Anthony Hewish recibió el Premio Nobel de Física.

¿Qué son las estrellas de neutrones?

Pero a pesar de que este descubrimiento ocurrió hace bastante tiempo, muchos todavía están interesados ​​en la respuesta a la pregunta "¿qué es un púlsar?". Esto no es sorprendente, porque no todo el mundo puede presumir de que en su escuela o universidad se enseña astronomía al más alto nivel. Respondemos a la pregunta: un púlsar es una estrella de neutrones que se forma después de que se produce una explosión de supernova. Por lo tanto, la constancia de la pulsación, que en un momento fue sorprendente, se puede explicar fácilmente: su razón es la estabilidad de la rotación de estas estrellas de neutrones.

En astronomía, los púlsares se designan con un número de cuatro dígitos. Además, los dos primeros dígitos del nombre indican horas, y los dos siguientes, minutos, en los que se produce la ascensión recta del pulso. Y delante de los números hay dos letras latinas que codifican la ubicación de la abertura. El primero de todos los púlsares descubiertos se llamó CP 1919 (o "Cambridge Pulsar").

Cuásares

¿Qué son los púlsares y los quásares? Ya hemos descubierto que los púlsares son las fuentes de radio más poderosas, cuya radiación se concentra en pulsos individuales de una determinada frecuencia. Los cuásares son también uno de los objetos más interesantes de todo el Universo. También son extremadamente brillantes, superando la intensidad de radiación general de galaxias similares a la Vía Láctea. Los astrónomos descubrieron los cuásares como objetos con un alto corrimiento al rojo. Según una de las teorías más extendidas, los quásares son galaxias en la etapa inicial de su desarrollo, en cuyo interior se encuentra

El púlsar más brillante de la historia

Uno de los objetos más famosos del Universo es el púlsar de la Nebulosa del Cangrejo. Este descubrimiento demuestra que un púlsar es uno de los objetos más sorprendentes de todo el Universo.

La explosión de una estrella de neutrones en la actual Nebulosa del Cangrejo fue tan poderosa que ni siquiera encaja en la teoría de la astrofísica moderna. En 1054 d.C. mi. Una nueva estrella brilló en el cielo, que hoy se llama SN 1054. Su explosión se observó incluso durante el día, como lo atestiguan las crónicas históricas de China y los países árabes. Curiosamente, Europa no se dio cuenta de esta explosión; entonces la sociedad estaba tan absorta en los procedimientos entre el Papa y su legado, el cardenal Humbert, que ni un solo científico de esa época registró esta explosión en sus obras. Y varios siglos después, se descubrió una nueva nebulosa en el lugar de esta explosión, que más tarde se conoció como la Nebulosa del Cangrejo. Por alguna razón, su forma le recordó a su descubridor, William Parsons, la de un cangrejo.

Y en 1968, se descubrió por primera vez el púlsar PSR B0531+21, y fue este púlsar el primero de todos que los científicos identificaron con restos de supernova. La fuente de la pulsación, en términos más estrictos, no es la estrella en sí, sino el llamado plasma secundario, que se forma en el campo magnético de una estrella que gira a una velocidad vertiginosa. La frecuencia de rotación del púlsar de la Nebulosa del Cangrejo es de 30 veces por segundo.

Un descubrimiento que no encaja en el marco de las teorías modernas.

Pero este púlsar sorprende no sólo por su brillo y frecuencia. Recientemente se descubrió que PSR B0531+21 emite rayos radiactivos en un rango que supera la marca de los 100 mil millones de voltios. Este número es millones de veces mayor que la radiación utilizada en los equipos médicos y también diez veces mayor que el valor descrito en la teoría moderna de los rayos gamma. Martin Schroeder, un astrónomo estadounidense, lo expresa de esta manera: “Si hace apenas dos años le hubieran preguntado a cualquier astrofísico si se podía detectar este tipo de radiación, habría recibido un rotundo “no”. Simplemente no existe tal teoría en la que el hecho que descubrimos pueda encajar”.

Qué son los púlsares y cómo se formaron: el misterio de la astronomía

Gracias a los estudios del púlsar de la Nebulosa del Cangrejo, los científicos tienen una idea de la naturaleza de estos misteriosos objetos espaciales. Ahora puedes imaginar más o menos claramente qué es un púlsar. Su aparición se explica por el hecho de que en la etapa final de su evolución, algunas estrellas explotan y destellan con enormes fuegos artificiales: nace una supernova. Se distinguen de las estrellas ordinarias por la potencia de su llamarada. En total, se producen unas 100 erupciones de este tipo al año en nuestra galaxia. En tan solo unos días, una supernova aumenta su luminosidad varios millones de veces.

Sin excepción, todas las nebulosas, así como los púlsares, aparecen en lugares de explosiones de supernovas. Sin embargo, no se pueden observar púlsares en todos los restos de este tipo de cuerpo celeste. Esto no debería confundir a los amantes de la astronomía: después de todo, un púlsar sólo se puede observar si se encuentra en un determinado ángulo de rotación. Además, por su naturaleza, los púlsares “viven” más que las nebulosas en las que se forman. Los científicos aún no pueden determinar con precisión las razones que hacen que una estrella enfriada y aparentemente muerta hace mucho tiempo se convierta en una fuente de potentes emisiones de radio. A pesar de la abundancia de hipótesis, los astrónomos tendrán que responder a esta pregunta en el futuro.

Púlsares con el período de rotación más corto.

Probablemente, quienes se pregunten qué es un púlsar y cuáles son las últimas novedades de los astrofísicos sobre estos objetos celestes, les interese conocer el número total de estrellas de este tipo descubiertas hasta la fecha. Hoy en día, los científicos conocen más de 1.300 púlsares. Además, un gran número (alrededor del 90%) de estas estrellas pulsan en el intervalo de 0,1 a 1 segundo. Incluso hay púlsares con períodos aún más cortos: se llaman milisegundos. Uno de ellos fue descubierto por los astrónomos en 1982 en la constelación de Vulpecula. Su período de rotación fue de sólo 0,00155 segundos. Una representación esquemática de un púlsar incluye el eje de rotación, el campo magnético y las ondas de radio.

Períodos tan cortos de rotación de los púlsares sirvieron como argumento principal a favor de la suposición de que, por su naturaleza, son estrellas de neutrones en rotación (púlsar es sinónimo de la expresión "estrella de neutrones"). Después de todo, un cuerpo celeste con tal período de rotación debe ser muy denso. La investigación sobre estos objetos aún está en curso. Habiendo aprendido qué son los púlsares de neutrones, los científicos no se detuvieron en hechos previamente descubiertos. Después de todo, estas estrellas eran realmente sorprendentes: su existencia solo podría ser posible si las fuerzas centrífugas que surgen como resultado de la rotación fueran menores que las fuerzas gravitacionales que unen la materia del púlsar.

Diferentes tipos de estrellas de neutrones

Más tarde resultó que los púlsares con períodos de rotación de milisegundos no son los más jóvenes, sino, por el contrario, uno de los más antiguos. Y los púlsares de esta categoría tenían los campos magnéticos más débiles.

También existe un tipo de estrella de neutrones llamados púlsares de rayos X. Son cuerpos celestes que emiten rayos X. También entran en la categoría de estrellas de neutrones. Sin embargo, los radiopúlsares y las estrellas que emiten rayos X actúan de manera diferente y tienen propiedades diferentes. El primer púlsar de este tipo fue descubierto en 1972 en

La naturaleza de los púlsares

Cuando los investigadores comenzaron a estudiar qué son los púlsares, decidieron que las estrellas de neutrones tienen la misma naturaleza y densidad que los núcleos atómicos. Se llegó a esta conclusión porque todos los púlsares se caracterizan por una fuerte radiación, exactamente la misma que acompaña a las reacciones nucleares. Sin embargo, otros cálculos permitieron a los astrónomos hacer una afirmación diferente. Un tipo de objeto cósmico, un púlsar, es un cuerpo celeste similar a los planetas gigantes (también llamados “estrellas infrarrojas”).

Los astrónomos han estudiado los cielos desde tiempos inmemoriales. Sin embargo, sólo con un salto significativo en el desarrollo de la tecnología, los científicos pudieron descubrir objetos que las generaciones anteriores de astrónomos ni siquiera habían imaginado. Uno de ellos fueron los quásares y los púlsares.

A pesar de las enormes distancias a estos objetos, los científicos pudieron estudiar algunas de sus propiedades. Pero a pesar de ello, todavía esconden muchos secretos sin resolver.

¿Qué son los púlsares y los quásares?

Resultó que un púlsar es una estrella de neutrones. Sus descubridores fueron E. Hewish y su estudiante de posgrado D. Bell. Pudieron detectar pulsos, que son corrientes de radiación de dirección estrecha que se hacen visibles en determinados intervalos de tiempo, ya que este efecto se produce debido a la rotación de las estrellas de neutrones.

Durante su compresión se produce una densificación significativa del campo magnético de la estrella y de su propia densidad. Puede reducirse a tamaños de varias decenas de kilómetros, y en esos momentos la rotación se produce a una velocidad increíblemente alta. Esta velocidad en algunos casos alcanza las milésimas de segundo. De aquí provienen las ondas electromagnéticas radiadas.

Los cuásares y púlsares pueden considerarse los descubrimientos más inusuales y misteriosos de la astronomía. La superficie de una estrella de neutrones (púlsar) tiene menos presión que su centro, por esta razón los neutrones se desintegran en electrones y protones. Los electrones se aceleran a velocidades increíbles debido a la presencia de un poderoso campo magnético. A veces, esta velocidad alcanza la velocidad de la luz, lo que provoca la expulsión de electrones de los polos magnéticos de la estrella. Dos haces estrechos de ondas electromagnéticas: así es exactamente como se ve el movimiento de partículas cargadas. Es decir, los electrones emiten radiación en la dirección en la que se encuentran.

Continuando con la lista de fenómenos inusuales asociados con las estrellas de neutrones, cabe destacar su capa exterior. En esta esfera hay espacios en los que el núcleo no puede destruirse debido a una densidad de materia insuficiente. La consecuencia de esto es la cobertura de la corteza más densa debido a la formación de una estructura cristalina. Como resultado, la tensión se acumula y, en cierto punto, esta densa superficie comienza a agrietarse. Los científicos apodaron este fenómeno como "terremoto de estrellas".

Los púlsares y los quásares permanecen completamente inexplorados. Pero si una investigación asombrosa nos hablara de los púlsares o los llamados. Mientras que las estrellas de neutrones contienen muchas cosas nuevas, los quásares mantienen a los astrónomos en vilo ante lo desconocido.

El mundo conoció por primera vez los quásares en 1960. En el descubrimiento se afirma que se trata de objetos de pequeñas dimensiones angulares, que se caracterizan por una alta luminosidad y, según su clase, pertenecen a objetos extragalácticos. Debido a que tienen un tamaño angular bastante pequeño, durante muchos años se creyó que eran simplemente estrellas.

Se desconoce el número exacto de cuásares descubiertos, pero en 2005 se realizaron estudios en los que había 195 mil cuásares. Hasta el momento no se sabe nada sobre ellos que pueda dar una explicación. Hay muchas suposiciones, pero ninguna de ellas tiene evidencia.

Los astrónomos sólo han descubierto que en un periodo de menos de 24 horas su brillo muestra suficiente variabilidad. A partir de estos datos se puede observar el tamaño relativamente pequeño de la región de radiación, comparable al tamaño del Sistema Solar. Los quásares encontrados existen a distancias de hasta 10 mil millones de años luz. Pudimos verlos debido a su alto nivel de luminosidad.

El objeto de este tipo más cercano a nuestro planeta se encuentra a unos 2 mil millones de años luz de distancia. Quizás las investigaciones futuras y las últimas tecnologías utilizadas en ellas proporcionen a la humanidad nuevos conocimientos sobre las manchas blancas del espacio exterior.