Quants tipus d'estrelles hi ha?

Quants tipus d'estrelles coneixem i de quin n'és el Sol.

Clic a la imatge per engrandir. L'Observatori de Dinàmica Solar de la NASA va captar aquesta imatge del nostre Sol de 4.600 milions d'anys, una estrella de la seqüència principal. Els científics esperen que continuï sent-ho durant 5.000 milions d'anys més abans de convertir-se en una gegant vermella. Crèdit: NASA's Scientific Visualization Studio/SDO.

Les estrelles de l'univers varien en brillantor, mida, color i comportament. Alguns tipus es transformen en uns altres molt ràpidament, mentre que altres romanen relativament inalterats durant bilions d'anys.

Estrelles de la seqüència principal

Un estel normal es forma a partir d'un cúmul de pols i gas en una incubadora estel·lar. Al llarg de centenars de milers d'anys, el cúmul guanya massa, comença a girar i s'escalfa. Quan el nucli s'escalfa a milions de graus, es produeix la fusió nuclear. Aquest procés es produeix quan dos protons, els nuclis dels àtoms d'hidrogen, es fusionen per formar un nucli d'heli. La fusió allibera energia que escalfa l'estrella, creant una pressió que empeny contra la força de la gravetat. Ha nascut una estrella. Els científics anomenen estrella de seqüència principal una estrella que està fusionant hidrogen en heli al seu nucli. Les estrelles de seqüència principal són al voltant del 90% de la població estel·lar de l'univers. Varien en lluminositat, color i mida (des d'una dècima fins a 200 vegades la massa del Sol) i viuen entre milions i milers de milions d'anys.

Pels observadors d'estrelles

Moltes estrelles de la seqüència principal es poden veure a simple vista, com Sírius, l'estrella més brillant del cel nocturn, a la constel·lació septentrional de Ca Major. Rigil Kentaurus (més coneguda com a Alfa Centauri), a la constel·lació austral del Centaure, és l'estrella de seqüència principal més propera que es pot veure a simple vista.

Gegants vermelles

Clic a la imatge per engrandir. Aquesta il·lustració mostra una estrella geganta vermella, com Betelgeuse o Antares. Crèdit: NASA Goddard Space Flight Center/Chris Smith (KBRwyle).

Quan una estrella de la seqüència principal amb una massa inferior a vuit vegades la del Sol es queda sense hidrogen al nucli, comença a col·lapsar-se perquè l'energia produïda per la fusió es l'única força que lluita contra la tendència de la gravetat a atraure la matèria. Però en comprimir el nucli també augmenten la seva temperatura i pressió, fins al punt que el seu heli comença a fusionar-se en carboni, que també allibera energia. La fusió de l'hidrogen comença a desplaçar-se cap a les capes exteriors de l'estrella i provoca la seva expansió. El resultat és una vermella gegant, d'aspecte més ataronjat que vermell. Amb el temps, la geganta vermella es torna inestable i comença a prémer, expandint-se periòdicament i expulsant part de la seva atmosfera. Finalment, totes les seves capes exteriors es desprenen, creant un núvol de pols i gas en expansió anomenada nebulosa planetària. El Sol esdevindrà una geganta vermella d'aquí a uns 5.000 milions d'anys.

Pels observadors d'estrelles

Arcturus, a la constel·lació boreal del Bover, i Gamma Crucis, a la constel·lació austral de Crux (la Creu del Sud), són gegants vermelles visibles a simple vista.

Nanes blanques

Clic a la imatge per engrandir. En aquesta recreació artística, un asteroide (a baix a l'esquerra) es trenca sota la poderosa gravetat de LSPM J0207+3331, la nana blanca més antiga i freda coneguda que està envoltada per un anell de runa polsosa. Crèdit: NASA Goddard Space Flight Center/Scott Wiessinger.

Quan una geganta vermella perd tota la seva atmosfera, només en queda el nucli. Els científics anomenen nana blanca aquest tipus de resta estel·lar. Una nana blanca sol tenir la mida de la Terra, però és centenars de milers de vegades més massiva. Una cullereta del seu material pesaria més que una camioneta. Una nana blanca no produeix calor pròpia, per això es refreda gradualment al llarg de milers de milions d'anys. Tot i el seu nom, les nanes blanques poden emetre llum visible que va del blanc blavós al vermell. De vegades, els científics descobreixen que les nanes blanques estan envoltades de discos polsegosos de material, runes i fins i tot planetes, restes de la fase de gegant vermella de l'estrella original. Dins d'uns 10.000 milions d'anys, després de la seva etapa de vermella gegant, el Sol es convertirà en una nana blanca.

Pels observadors d'estrelles

Les nanes blanques són massa febles per veure-les a simple vista, encara que algunes es poden trobar en sistemes binaris amb una estrella de seqüència principal fàcil de veure. Procyon B és un exemple a la constel·lació septentrional de Ca Menor. No obstant això, si tens un telescopi a casa, pots veure les nanes blanques solitàries LP 145-141 a la constel·lació austral de la Mosca i l'estrella de Van Maanen a la constel·lació septentrional de Peixos.

Estrella de neutrons

Clic a la imatge per engrandir. El púlsar Vela es troba al punt blanc circular del centre d'aquesta imatge captada per l'Observatori de Raigs X Chandra de la NASA. El púlsar es troba a més de 1.000 anys llum de distància, a la constel·lació meridional de Vela. Crèdit: NASA/CXC/Univ de Toronto/M. Durant et al.

Les estrelles de neutrons són restes estel·lars que contenen més massa que el Sol en una esfera tan ampla com l'illa de Manhattan de Nova York.

Una estrella de neutrons es forma quan una estrella de la seqüència principal, amb una massa entre 8 i 20 vegades la del Sol, es queda sense hidrogen al seu nucli (les estrelles més pesades produeixen forats negres de massa estel·lar). L'estel comença a fusionar heli amb carboni, com els estels de menor massa. Però aleshores, quan el nucli es queda sense heli, s'encongeix, s'escalfa i comença a convertir el seu carboni en neó, que allibera energia. Aquest procés continua a mesura que l'estrella converteix el neó en oxigen, l'oxigen en silici i, finalment, el silici en ferro. Aquests processos produeixen energia que evita el col·lapse del nucli, però cada nou combustible li dóna menys temps. Quan el silici es fusiona amb el ferro, l'estrella queda sense combustible en qüestió de dies. El pas següent seria fusionar el ferro en algun element més pesat, però fer-ho requereix energia en lloc d'alliberar-la. El nucli es col·lapsa i després recupera la mida original, creant una ona de xoc que recorre les capes exteriors de l'estrella. El resultat és una enorme explosió anomenada supernova. El nucli romanent és una estrella de neutrons super-densa.

Púlsars: Són un tipus d'estrelles de neutrons que giren ràpidament. A la superfície d'aquests objectes es formen punts calents de raigs X brillants. A mesura que giren, els punts apareixen i desapareixen com els raigs d'un far. Alguns púlsars giren més ràpidament que les aspes d'una batedora.

Magnetars: Totes les estrelles de neutrons tenen forts camps magnètics. Però el d'un magnetar pot ser 10 bilions de vegades més fort que el d'un imant de nevera i fins i tot mil vegades més fort que el d'una estrella de neutrons típica.

Pels observadors d'estrelles

Les estrelles de neutrons són massa febles per veure-les a simple vista o amb telescopis domèstics, encara que el telescopi espacial Hubble n'ha pogut captar algunes en llum visible. Els astrònoms les solen observar a través dels raigs X i l'emissió de ràdio.

Nanes vermelles

Clic a la imatge per engrandir. El nostre veí estel·lar més proper, mostrat aquí en aquesta imatge del Hubble, és la nana vermella Pròxima Centauri. Es troba a poc més de 4 anys llum de distància, a la constel·lació austral del Centaure. Crèdit: ESA/Hubble i NASA.

Les nanes vermelles són les estrelles més petites de la seqüència principal: només una fracció de la mida i la massa del Sol. També són les més fredes i el seu color és més ataronjat que vermell. Quan una nana vermella produeix heli a través de la fusió al seu nucli, l'energia alliberada porta material a la superfície de l'estrella, on es refreda i s'enfonsa de nou, portant un nou subministrament d'hidrogen al nucli. Gràcies a aquesta constant agitació, les nanes vermelles poden cremar tot el seu hidrogen durant bilions d'anys sense canviar la seva estructura interna, a diferència d'altres estrelles. Els científics creuen que algunes nanes vermelles de massa baixa, les que només tenen un terç de la massa del Sol, tenen una vida més llarga que l'edat actual de l'univers, fins a uns 14 bilions d'anys. A més, les nanes vermelles neixen més que les estrelles més massives. Per això, i perquè viuen tant de temps, les nanes vermelles constitueixen al voltant del 75% de la població estel·lar de la Via Làctia.

Pels observadors d'estrelles

Les nanes vermelles són massa febles per veure-les a simple vista. Però amb un telescopi d'afeccionat, és possible que puguis veure Lacaille 8760 a la constel·lació austral del Microscopi o Lalande 21185 a la constel·lació septentrional de l'Óssa Major.

Nanes marrons

Clic a la imatge per engrandir. La nana marró LSRJ1835+3259, en aquesta recreació artística, es troba a 20 anys-llum de distància a la constel·lació septentrional de la Lira. Crèdit: Chuck Carter i Gregg Hallinan/Caltech.

Les nanes marrons no són tècnicament estrelles. Són més massives que els planetes, però no tant com les estrelles. Solen tenir entre 13 i 80 vegades la massa de Júpiter. Gairebé no emeten llum visible, però els científics n'han observat algunes a l'infraroig. Algunes nanes marrons es formen de la mateixa manera que les estrelles de seqüència principal, a partir de cúmuls de gas i pols en nebuloses, però mai no arriben a la massa suficient per realitzar una fusió a l'escala d'una estrella de seqüència principal. D'altres es poden formar com a planetes, a partir de discos de gas i pols al voltant d'estrelles.

Pels observadors d'estrelles

Les nanes marrons són invisibles tant per a l'ull humà com per als telescopis domèstics.

Ho he vist aquí.

Un misteriós objecte còsmic està emetent ones de ràdio cada 20 minuts.

Clic a l'imatge per engrandir. Els astrònoms han observat un objecte estrany que, com un magnetar, emet flaixos d'ones de ràdio a intervals regulars. Però a intervals massa regulars i espaiats i durant massa temps perquè realment sigui un magnetar. Crèdit: ICRAR.

 

Què és aquest objecte estrany al nostre cel? Investigadors del Centre Internacional de Recerca en Radioastronomia (ICRAR, Austràlia) han descobert un objecte estrany a uns 4.000 anys llum de la nostra Terra. Que emet, durant un minut sencer, potents ones de ràdio cada vint minuts. Podria ser el primer magnetar de període ultra llarg mai observat. Però per què no també, d'una nana blanca d'un tipus inusual. O fins i tot alguna cosa completament nova. Crèdit: ICRAR

Des de feia uns mesos, els astrònoms havien estat cercant un objecte desconcertant a la nostra Via Làctia. Emetia flaixos d'ones de ràdio a intervals tan precisos com estaven d'espaiats. Amb l'esperança d'entendre-ho, van buscar senyals similars, i els van trobar. Però el descobriment en última instància planteja més preguntes que no pas respostes.

Fa uns mesos, astrònoms van compartir la seva sorpresa després de descobrir a la nostra Via Làctia, una font de ràdio com cap altre. Un objecte que s'encén i després s'apaga cada 20 minuts. Cada 18 minuts, per ser realment precisos. Malauradament, quan el van detectar en dades antigues, ja havia deixat d'emetre. Per tant, és impossible que els investigadors puguin provar la seva teoria al respecte. Pensaven que estaven tractant amb un magnetar. Un púlsar del que els camps magnètics són tan potents i complexos que poden generar aquest tipus de llampecs. Encara que fins ara, tots els magnetars coneguts emeten més aviat a intervals que van des d'uns segons fins a uns pocs minuts.

Però, per als investigadors del Centre Internacional d'Investigació en Radioastronomia (ICRAR), no era qüestió de renunciar. No és perquè fins ara ningú hagués observat un objecte així que no poguessin existir d'altres. Per posar totes les oportunitats del seu costat per eliminar-los, els investigadors van escombrar la nostra Via Làctea cada tres nits durant diversos mesos utilitzant el radiotelescopi Murchison Widefield Array (Austràlia). No havien de tenir molta paciència. Van detectar ràpidament una font de ràdio en una altra zona de la nostra galàxia. A la modesta constel·lació de l'Escut dels Sobieski. A uns 15.000 anys llum de la nostra Terra. Una font anomenada GPM J1839-10 que emet... cada 22 minuts!

Així, abans que el senyal també s'aturi, els investigadors han mobilitzat altres instruments en diferents longituds d'ona. Informen de senyals de cinc minuts cadascun, cinc vegades més llargs que els de l'objecte observat uns mesos abans, separats a 17 minuts. Emès per un objecte semblant a un púlsar, però que gira 1.000 vegades més lent. Estrany...

Clic a l'imatge per engrandir. Recreació artística del radiotelescopi Murchison Widefield Array (Austràlia) observant el magnetar de període molt llarg situat a 15.000 anys llum de la Terra. Crèdit: ICRAR.

La pista del magnetar desapareix

Però aquesta vegada, la veritable sorpresa s'amagava en les dades més antigues dels avistaments d'aquesta regió del cel. Perquè, en particular, als arxius del Very Large Array (VLA - Conjunt Molt Gran) als Estats Units, els astrònoms van rastrejar aquest estrany objecte fins al 1988. Així, els investigadors van poder calcular que, durant més de tres dècades, la font va emetre polsos de ràdio cada 1.318,1957 segons. Més o menys una dècima de mil·lisegon! Amb una precisió increïble...

Als astrònoms els costa explicar el fenomen. Perquè, segons les seves teories, perquè un magnetar emeti aquestes ones de ràdio, ha de girar a una velocitat determinada que GPM J1839−10 no assoleix. Si es tractés d'un magnetar, també hauria d'alentir-se amb el temps fins que deixi d'emetre en pocs mesos. Uns quants anys, potser. I és clar que aquí tampoc és així. El misteri, doncs, roman intacte de moment.

Clic a l'imatge per engrandir. Astrònoms de l'ICRAR utilitzant el @mwatelescopio i tres telescopis @CSIRO_ATNF han descobert un nou tipus d'objecte estel·lar que trastoca la nostra comprensió de les estrelles de neutrons. Heus aquí per què estem entusiasmats (clic aquí) Crèdit: @CSIRO. Pete Wheeler, X. 

"Sigui quin sigui el mecanisme que hi hagi darrere del GPM J1839−10, és extraordinari", comenta Natasha Hurley-Walker, astrònom, en un comunicat de premsa d'ICRAR. Tanmateix, a aquells que tindrien la temptació d'invocar la pista extraterrestre, els investigadors responen que els senyals gravats no oculten cap informació. Sembla que no és més que "un soroll tal com el fa la natura". Així, els astrònoms d'ICRAR més aviat demanen als seus col·legues que s'imaginin noves observacions que potser puguin aixecar el vel d'aquest misteri.

"No es coneix res al cel que faci això!" Un objecte excepcional descobert a la Via Làctia.

Definitivament, l'Univers mai deixarà de sorprendre'ns. Amb regularitat, ens revela nous objectes. Inesperat. Sorprenent. Confús. I avui un cop més, un objecte misteriós que il·lumina el cel amb les seves ones de ràdio com cap altre.

Ho he vist aquí.

Un objecte excepcional descobert a la Via Làctia

No es coneix res al cel que faci això!. Un objecte excepcional ha estat descobert a la Via Làctia.

Clic per engrandir. Investigadors del Centre Internacional de Recerca en Radioastronomia (ICRAR,
Austràlia) han identificat una sorprenent font de ràdio transitòria, simbolitzada en aquesta imatge per
una estrella falsa. Aquí la Via Làctia vista pel Murchison Widefield Array (MWA, Austràlia): Les
freqüències més baixes son en vermell, les mitjanes en verd i les més altes en blau. Crèdit: Natasha
Hurley Walkjer. ICRAR, Curtin University.

 

Què és aquest objecte estrany al nostre cel? Investigadors del Centre Internacional de Recerca en Radioastronomia (ICRAR, Austràlia) han descobert un objecte estrany a uns 4.000 anys llum de la nostra Terra. Que emet, durant un minut sencer, potents ones de ràdio cada vint minuts. Podria ser el primer magnetar d'ultra llarg període observat mai. Però per què no també, d'una nana blanca d'un tipus poc habitual. O fins i tot alguna cosa completament nova. Crèdit: ICRAR  

Definitivament, l'Univers mai deixarà de sorprendre'ns. Amb regularitat, ens revela nous objectes. Inesperat, sorprenent, confús. I avui un cop més, un objecte misteriós que il·lumina el cel amb les seves ones de ràdio com cap altre.

A l'Univers hi ha el que veiem. Però també hi ha moltes coses que no veiem. Objectes que il·luminen el cel en longituds d'ona que es troben fora de l'espectre visible. Investigadors del Centre Internacional de Recerca en Radioastronomia (ICRAR, Austràlia) n'acaben de descobrir-ne un de nou. Una font d'ones de ràdio com mai abans no havia vist.

"És gairebé aterridor", comenta Natasha Hurley-Walker, investigadora de la Universitat de Curtin (Austràlia) en un comunicat de premsa de l'Icrar. "Perquè no es coneix res al cel que faci això. No se sap res que alliberi tantes ones de ràdio amb regularitat, cada 20 minuts. Una font extremadament brillant a només 4.000 anys llum de la Terra".

Els investigadors van eliminar aquesta font gràcies al gran camp  de "visió" del  Murchison Widefield Array (MWA, Austràlia) i la seva extrema sensibilitat. Una combinació que permet “sondejar tot el cel i detectar l'inesperat”. Però no t'equivoquis al respecte. Els astrònoms estan acostumats a observar objectes que anomenen transitoris. Objectes que semblen parpellejar al cel. 

Podria ser un magnetar de període ultra llarg?

El que fa que aquest nou element sigui realment especial és que s'il·lumina durant un minut tres vegades per hora. Els altres transitoris coneguts poden emetre durant uns quants dies, en el cas de les supernoves, o només uns quants mil·lisegons o potser uns segons, en el cas dels púlsars. 

Els astrònoms també argumenten que l'objecte és increïblement brillant, és a dir, en el domini de les ones de ràdio, i, tanmateix, més petit que el nostre Sol. I que emet ones de ràdio molt polaritzades. Això suggereix no només que ve amb un camp magnètic especialment potent, sinó que també és capaç de convertir aquesta energia magnètica en ones de ràdio d'una manera molt més eficient que qualsevol altra cosa que coneixem.

Clic per engrandir. Recreació artística de com podria semblar l'objecte misteriós si fos un
magnetar de període ultra llarg. Crèdit: ICRAR 

 Aquest objecte podria correspondre a un tipus particular de nana blanca: una estrella extremadament densa, una estrella semblant al Sol al final de la seva vida. O fins i tot a una categoria d'objectes encara totalment desconeguts. Però totes aquestes característiques fan creure als investigadors que aquest podria ser el primer magnetar, una estrella de neutrons, resultat del col·lapse d'una estrella massiva al final de la seva vida, envoltada d'un camp magnètic intens de vida ultra llarga mai observat. L'objecte ja ha estat imaginat pels teòrics. Però ningú semblava esperar que resultés tan brillant. Caldrà veure si els astrònoms podran trobar altres d'aquests objectes als arxius de MWA o si es tracta d'un objecte més excepcional.

 

 

Ho he vist aquí.

L'estrella "monstre còsmic" escup energia amb la força de mil milions de sols

Es creu que els esclats d'alta energia en aquest tipus d'estrella de neutrons -un magnetar- són causats per terratrèmols estel·lars.

Una estrella densa i magnètica va entrar en erupció violentament i va escopir tanta energia com mil milions de sols, i ho va fer en una fracció de segon, segons han informat recentment els científics.

Aquest tipus d'estrella, coneguda com a magnetar, és una estrella de neutrons amb un camp magnètic excepcionalment fort, i els magnetars solen entrar en erupció de forma espectacular i sense previ avís. Però encara que els magnetars poden ser milers de vegades més brillants que el nostre Sol, les seves erupcions són tan breus i imprevisibles que són un repte per als astrofísics a l'hora de trobar-les i estudiar-les. 

Clic per engrandir. Un potent esclat de raigs X sorgeix d'un magnetar, una versió supermagnetitzada
d'un romanent estel·lar conegut com a estrella de neutrons, en aquesta il·lustració. Crèdit de la imatge:
NASA Goddard Space Flight Center/Chris Smith (USRA).

Tot i això, els investigadors han aconseguit recentment captar una d'aquestes erupcions i calcular les oscil·lacions de la brillantor d'un magnetar mentre entrava en erupció. Els científics van descobrir que el magnetar distant va alliberar tanta energia com la que produeix el nostre Sol en 100.000 anys, i ho va fer només en 1/10 de segon, segons un comunicat traduït al castellà.

Una estrella de neutrons es forma quan una estrella massiva col·lapsa al final de la seva vida. Quan l'estrella mor en una supernova, els protons i els electrons del seu nucli s'aixafen en una massa solar comprimida que combina una gravetat intensa amb una rotació d'alta velocitat i potents forces magnètiques, segons la NASA. El resultat, una estrella de neutrons, és d'aproximadament 1,3 a 2,5 masses solars -una massa solar és la massa del nostre sol, o d'unes 330.000 terres- atapeïdes en una esfera de només 20 quilòmetres de diàmetre. 

La matèria de les estrelles de neutrons està tan densament empaquetada que una quantitat de mida d'un terròs de sucre pesaria més de mil milions de tones (900 milions de tones mètriques), i l'atracció gravitatòria d'una estrella de neutrons és tan intensa que un malví que passés per la superfície de l'estrella colpejaria amb la força de 1.000 bombes d'hidrogen, segons la NASA.

Els magnetars són estrelles de neutrons amb camps magnètics 1.000 vegades més forts que els d'altres estrelles de neutrons, i són més potents que qualsevol altre objecte magnètic de l'univers. El nostre sol empal·lideix en comparació amb aquestes brillants i denses estrelles fins i tot quan no estan en erupció, va dir al comunicat l'autor principal de l'estudi, Alberto J. Castro-Tirado, professor de recerca de l'Institut d'Astrofísica d'Andalusia del Consell Superior d'Investigacions Científiques.  

Clic per engrandir. Imatge artística d'una potent erupció d'un magnetar. Crèdit: Ruvid, Universitat de València.

"Fins i tot en estat inactiu, els magnetars poden ser 100.000 vegades més lluminosos que el nostre Sol", va dir Castro-Tirado. "Però en el cas de la flamarada que hem estudiat -GRB2001415- l'energia que es va alliberar és equivalent a la que irradia el nostre sol en 100.000 anys". 

Una flamarada gegant

El magnetar que va produir la breu erupció es troba a la galàxia de l'Escultor, una galàxia espiral situada a uns 13 milions d'anys llum de la Terra, i és "un veritable monstre còsmic", va dir al comunicat Víctor Reglero, coautor de l'estudi i director del Laboratori de Processament d'Imatges de la UV. La gegantina flamarada va ser detectada el 15 d'abril del 2020 per l'instrument Atmosphere-Space Interactions Monitor (ASIM) de l'Estació Espacial Internacional, segons van informar els investigadors el 22 de desembre a la revista Nature. 

La intel·ligència artificial d'ASIM va detectar la flamarada, cosa que va permetre als investigadors analitzar aquest breu i violent augment d'energia; la flamarada va durar només 0,16 segons i després el senyal va decaure tan ràpidament que gairebé no es distingia del soroll de fons en les dades. Els autors de l'estudi van passar més d'un any analitzant els dos segons de recollida de dades d'ASIM, dividint l'esdeveniment en quatre fases basades en la sortida d'energia del magnetar, i després mesurant les variacions al camp magnètic de l'estrella causades pel pols d'energia quan estava al punt màxim.  

"És gairebé com si el magnetar decidís emetre la seva existència des de la seva soledat còsmica cridant al buit de l'espai amb la força de mil milions de sols", va dir Reglero.

Només s'han identificat uns 30 magnetars de les aproximadament 3.000 estrelles de neutrons conegudes, i aquesta és l'erupció magnetar més llunyana detectada fins ara. Els científics sospiten que erupcions com aquesta poden estar causades pels anomenats terratrèmols estel·lars que alteren les capes exteriors elàstiques dels magnetars, i aquesta rara observació podria ajudar els investigadors a desentranyar les tensions que produeixen els esclats d'energia dels magnetars. 

Publicat originalment a Live Science. 

 

Ho he vist aquí.

Els magnetars són la font dels camps magnètics més forts de l’Univers?

Els magnetars són estrelles de neutrons, com els púlsars, amb els camps magnètics més elevats de l’univers conegut. Es creu que estan associats a les explosions de supernoves i de hipernoves. S'acaba de trobar una nova explicació sobre l'origen enigmàtic dels seus camps magnètics i va en aquesta direcció.

Imatge artística d'un magnetar. Crèdit: NASA

Influenciat per l’obra de Fred Zwicky, Walter Baade i sobretot el brillant físic rus Lev Landau, el físic Robert Oppenheimer –el futur pare de la bomba atòmica– havia posat les bases el 1939 en què es basen les teories de les estrelles de neutrons i la de la l'esfondrament gravitatori que va provocar la formació d'un forat negre van ser elaborades a finals dels anys 1950 i principis de la dècada de 1960. Es tracta d'articles escrits en col·laboració amb els seus estudiants en aquell moment: "On Massive Neutron Cores", amb Georges Volkoff, i "On Continued Gravitational Contraction", amb Hartland Snyder.

Recordem que, per si mateixes, les estrelles de neutrons són el residu de l’enfonsament gravitatori d’una part de la matèria d’una estrella massiva que esclata en supernova tipus SN II. Això requereix que la seva massa superi entre 8 i 10 masses solars. A grans trets, el col·lapse de la part de l'estrella que no és explotada per l'explosió, principalment el seu nucli de ferro, porta els protons i els electrons a combinar-se per transformar-se en neutrons i això produeix fins i tot un flux de neutrins molt energètic. Obtenim llavors, estrelles que poden contenir tota la massa del Sol en una esfera de només unes desenes de quilòmetres de diàmetre.

Magnetars, peculiars estrelles de neutrons

Estem lluny d’entendre tot sobre el procés del seu naixement i ens continuem preguntant sobre l’estat de la matèria nuclear a les seves profunditats, de manera que aquestes estrelles encara conserven gran part del seu misteri. Sabem el mateix que els púlsars de les estrelles de neutrons que giren i ho sabem gràcies a l’auge de l’astronomia gravitacional, amb motiu de l’espectacular anunci de la detecció per part de LIGO i VIRGO de la font d'ones gravitacionals GW170817, que en col·lisions entre dues estrelles de neutrons associades en un sistema binari es produeixen ràfegues curtes de raigs gamma.

No obstant això, el 1992, l'inventari d'estrelles de neutrons es va expandir quan els astrofísics Robert Duncan i Christopher Thompson van postular l'existència dels anomenats magnetars per explicar algunes fonts esporàdiques, particularment intenses de rajos X i raigs gamma, descoberts des de finals de la dècada de 1970. Avui es coneixen una trentena de magnetars a la Via Làctia i sembla que són estrelles de neutrons amb un camp magnètic especialment elevat. Tot i això, les mesures fetes a aquestes estrelles inusuals són les més altes de l’univers observable conegut i que de vegades són fins a 1.000 vegades més intenses que les de les estrelles clàssiques de neutrons que ja són formidables. Es calcula així que els magnetars tenen un camp magnètic dipolar, de forma anàloga a la revelada per les llimadures de ferro al voltant d’un imant, de l’ordre de 10¹⁵ Gauss (G), mentre que a la Terra la seva intensitat varia entre 0,25 i 0,65 Gauss i el del camp magnètic d’un imant en un refrigerador és d’uns 50 Gauss. Les intensitats de 1.500 Gauss es mesuren de mitjana per a taques solars.

 L’anàleg del geodinamisme en magnetars?

Com tenir en compte la intensitat colossal dels camps magnètics dels magnetars? Diverses explicacions són possibles. Però avui, un article publicat a la revista Science Advances, realitzat per un equip franco-alemany dirigit per Raphaël Raynaud del Departament d'Astrofísica de CEA-IRFU / Laboratoire AIM i que es pot llegir a arXiv, afirma que aquests astrofísics van realitzar les primeres simulacions numèriques, que descriuen com la gènesi dels camps magnètics dels magnetars es va poder produir durant els primers segons després de la seva formació.

Clic per engrandir. Representació 3D de les línies de camp magnètic a la zona convectiva
dins de l'estrella de neutrons. Els moviments convectius estan representats per les
superfícies blaves (que corresponen a moviments cap a dins) i vermelles (cap a fora).
A l'esquerra, el nou tipus de dinamo que apareix per a rotacions ràpides (períodes
d'uns quants mil·lisegons) i el camp magnètic dipolar del qual arriba a 10 15 G. A la
dreta, per a rotacions més lentes, el camp magnètic té una intensitat de fins a deu
vegades inferior. © Raphaël Raynaud, Jérôme Guilet, Christian Gouiffès 

Aquest resultat es va obtenir transposant i adaptant els models digitals del geodinamisme terrestre al cas de les estrelles de neutrons i implementant els algoritmes al supercomputador Occigen del Centre Nacional d’Informàtica per a l’Educació Superior (CINES). Sabem que en el cas del nostre planeta blau, el camp magnètic prové, efectivament, d’una dinamo auto-excitatriu originada en l’aliatge líquid ferro-níquel en convecció turbulenta en el marc giratori de referència de la Terra i en el seu nucli. El fenomen també es reprodueix al laboratori, com ha demostrat l'experiment VKS. Una dinamo similar però amb el plasma de dins del Sol genera el seu camp magnètic global.

Les simulacions mostren que al principi del seu naixement, l'interior d'una estrella de neutrons també és convectiu i que es genera un camp magnètic de manera similar al de la Terra amb una intensitat tant important com quan la estrella mare de l'estrella de neutrons girava ràpidament. En aquestes simulacions, hi ha inestabilitats que conduiran en pocs segons a una amplificació exponencial del camp magnètic ja posseït per l'estrella abans del seu col·lapse, fins a assolir valors de 10¹⁶ Gauss. Els magnetars naixerien, doncs, a partir d’estrelles massives en ràpida rotació.

Magnetars de mil·lisegons darrere de les llargues explosions de raigs gamma?

Tot això és molt interessant, segons expliquen Raphaël Raynaud, Jérôme Guilet i Christian Gouiffès en un comunicat de premsa del CEA. Aquest resultat obre perspectives per comprendre entre els alliberaments d’energia més potents coneguts en el cosmos observable per a les estrelles, és a dir, explosions d’hipernoves en associació com es pensa amb les fonts gamma llargues i, en particular, les supernoves superlluminoses que emeten cent vegades més llum que una supernova habitual, però sense que es produeixin ràfegues.

Darrere d’aquests esdeveniments, expliquen els tres investigadors, s’amagaria la formació de “magnetars de mil·lisegons”, per tant magnetars de nova formació, amb dinamo convectiva, i els períodes de rotació dels quals serien de l’ordre d’un mil·lisegon. La potència de l'explosió provindria del fet que amb els camps magnètics d'aquests púlsars extrems, hi hauria una extracció eficient i ràpida de l'energia de rotació d'aquests magnetars de mil·lisegons. Però fins ara no hem pogut generar els valors de camp magnètic necessari, com a mínim de 10¹⁵ Gauss, cosa que es farà ara.

Ho he vist aquí.