Magneto

Un magnetar es un tipo de estrella de neutrones con un campo magnético extremadamente potente (~10 ⁹ a 10 ¹¹ T , ~10 ¹³ a 10 ¹⁵ G ). ^[1] La desintegración del campo magnético impulsa la emisión de radiación electromagnética de alta energía , en particular rayos X y rayos gamma . ^[2]

La existencia de magnetares fue propuesta en 1992 por Robert Duncan y Christopher Thompson . ^[3] Su propuesta buscaba explicar las propiedades de fuentes transitorias de rayos gamma, ahora conocidas como repetidores gamma suaves (SGR). ^{[4] [5]} Durante la década siguiente, la hipótesis de los magnetares fue ampliamente aceptada y se extendió para explicar los púlsares de rayos X anómalos (AXP). A julio de 2021 ^[actualizar], se han confirmado 24 magnetares. ^[6]

Se ha sugerido que los magnetares son la fuente de ráfagas rápidas de radio (FRB), en particular como resultado de los hallazgos realizados en 2020 por científicos que utilizaron el radiotelescopio Australian Square Kilometre Array Pathfinder (ASKAP). ^[7]

Al igual que otras estrellas de neutrones , los magnetares tienen un diámetro de unos 20 kilómetros y una masa de aproximadamente 1,4 masas solares. Se forman por el colapso de una estrella con una masa de entre 10 y 25 veces la del Sol . La densidad del interior de un magnetar es tal que una cucharada de su sustancia tendría una masa de más de 100 millones de toneladas. ^[2] Los magnetares se diferencian de otras estrellas de neutrones por tener campos magnéticos aún más fuertes y por girar más lentamente en comparación. La mayoría de los magnetares observados giran una vez cada dos a diez segundos, ^[8] mientras que las estrellas de neutrones típicas, observadas como púlsares de radio, giran de una a diez veces por segundo. ^[9] El campo magnético de un magnetar da lugar a ráfagas muy fuertes y características de rayos X y rayos gamma. La vida activa de un magnetar es corta en comparación con otros cuerpos celestes. Sus fuertes campos magnéticos decaen después de unos 10.000 años, después de los cuales cesan la actividad y la fuerte emisión de rayos X. Considerando el número de magnetares observables hoy en día, una estimación sitúa el número de magnetares inactivos en la Vía Láctea en 30 millones o más. ^[8]

Los terremotos estelares provocados en la superficie del magnetar perturban el campo magnético que lo rodea, provocando a menudo emisiones de rayos gamma extremadamente potentes que se han registrado en la Tierra en 1979, 1998 y 2004. ^[10]

Los magnetares se caracterizan por sus campos magnéticos extremadamente potentes de ~10 ⁹ a 10 ¹¹ T . ^[6] Estos campos magnéticos son cien millones de veces más fuertes que cualquier imán hecho por el hombre, ^[11] y aproximadamente un billón de veces más potentes que el campo que rodea la Tierra . ^[12] La Tierra tiene un campo geomagnético de 30 a 60 microteslas, y un imán de tierras raras basado en neodimio tiene un campo de aproximadamente 1,25 teslas, con una densidad de energía magnética de 4,0 × 10 ⁵ J/m ³ . El campo de 10 ¹⁰ teslas de un magnetar, por el contrario, tiene una densidad de energía de4,0 × 10 ²⁵  J/m ³ , con una densidad de masa E / c ² más de 10 000 veces la del plomo . El campo magnético de un magnetar sería letal incluso a una distancia de 1000 km debido a que el fuerte campo magnético distorsiona las nubes de electrones de los átomos constituyentes del sujeto, lo que hace imposible la química del sustento de la vida. ^[13] A una distancia de la mitad de la Tierra a la Luna, siendo la distancia media entre la Tierra y la Luna de 384 400 km (238 900 millas), un magnetar podría borrar la información de las bandas magnéticas de todas las tarjetas de crédito de la Tierra. ^[14] A partir de 2020 ^[actualizar], son los objetos magnéticos más potentes detectados en todo el universo. ^{[10] [15]}

Como se describe en el artículo de portada de Scientific American de febrero de 2003 , suceden cosas notables dentro de un campo magnético de fuerza magnetar. " Los fotones de rayos X se dividen fácilmente en dos o se fusionan. El vacío mismo se polariza , volviéndose fuertemente birrefringente , como un cristal de calcita . Los átomos se deforman en cilindros largos más delgados que la longitud de onda de De Broglie relativista cuántica de un electrón". ^[4] En un campo de aproximadamente 10 ⁵ teslas , los orbitales atómicos se deforman en formas de varilla. A 10 ¹⁰ teslas, un átomo de hidrógeno se vuelve 200 veces más estrecho que su diámetro normal. ^[4]

El modelo dominante de los campos intensos de los magnetares es que resultan de un proceso de dinamo magnetohidrodinámico en el fluido conductor turbulento y extremadamente denso que existe antes de que la estrella de neutrones se asiente en su configuración de equilibrio. ^[16] Estos campos persisten debido a corrientes persistentes en una fase de materia protón-superconductora que existe a una profundidad intermedia dentro de la estrella de neutrones (donde los neutrones predominan por masa). Un proceso de dinamo magnetohidrodinámico similar produce campos transitorios aún más intensos durante la coalescencia de pares de estrellas de neutrones. ^[17] Un modelo alternativo es que simplemente resultan del colapso de estrellas con campos magnéticos inusualmente fuertes. ^[18]

En una supernova , una estrella colapsa en una estrella de neutrones, y su campo magnético aumenta drásticamente en fuerza a través de la conservación del flujo magnético . Reducir a la mitad una dimensión lineal aumenta la fuerza del campo magnético cuatro veces. Duncan y Thompson calcularon que cuando el giro, la temperatura y el campo magnético de una estrella de neutrones recién formada caen en los rangos correctos, un mecanismo de dinamo podría actuar, convirtiendo el calor y la energía rotacional en energía magnética y aumentando el campo magnético, normalmente un ya enorme 10 ⁸ teslas , a más de 10 ¹¹ teslas (o 10 ¹⁵ gauss ). El resultado es un magnetar . ^{[19] Se estima que aproximadamente una de cada diez explosiones de supernova da como resultado un magnetar en lugar de una estrella de neutrones o} púlsar más estándar . ^[20]

El 5 de marzo de 1979, unos meses después de que los módulos de aterrizaje aterrizaran con éxito en la atmósfera de Venus , las dos sondas espaciales soviéticas no tripuladas Venera 11 y 12 , que se encontraban en órbita heliocéntrica , fueron alcanzadas por una explosión de radiación gamma aproximadamente a las 10:51 EST. Este contacto elevó las lecturas de radiación en ambas sondas de un valor normal de 100 cuentas por segundo a más de 200.000 cuentas por segundo en solo una fracción de milisegundo. ^[4]

Once segundos después, la sonda Helios 2 de la NASA , que orbitaba alrededor del Sol , fue saturada por la explosión de radiación. Pronto golpeó Venus, donde los detectores del Pioneer Venus Orbiter fueron superados por la onda. Poco después, los rayos gamma inundaron los detectores de tres satélites Vela del Departamento de Defensa de los EE. UU. , el satélite soviético Prognoz 7 y el Observatorio Einstein , todos ellos en órbita alrededor de la Tierra. Antes de salir del sistema solar, la radiación fue detectada por el International Sun-Earth Explorer en órbita de halo . ^[4]

Esta fue la ola más fuerte de rayos gamma extrasolares jamás detectada, con una intensidad 100 veces mayor que cualquier explosión conocida anteriormente. Dada la velocidad de la luz y su detección por varias naves espaciales ampliamente dispersas, la fuente de la radiación gamma se pudo triangular con una precisión de aproximadamente 2 segundos de arco . ^[21] La dirección de la fuente correspondía con los restos de una estrella que se había convertido en supernova alrededor del 3000 a . C. ^[10] Estaba en la Gran Nube de Magallanes y la fuente se denominó SGR 0525-66 ; el evento en sí se denominó GRB 790305b , la primera megallamarada SGR observada.

El 21 de febrero de 2008, se anunció que la NASA y los investigadores de la Universidad McGill habían descubierto una estrella de neutrones con las propiedades de un púlsar de radio que emitía algunas explosiones impulsadas magnéticamente, como un magnetar. Esto sugiere que los magnetares no son simplemente un tipo raro de púlsar, sino que pueden ser una fase (posiblemente reversible) en la vida de algunos púlsares. ^[23] El 24 de septiembre de 2008, ESO anunció lo que determinó que era el primer candidato a magnetar ópticamente activo descubierto hasta ahora, utilizando el Very Large Telescope de ESO . El objeto recién descubierto fue designado SWIFT J195509+261406. ^[24] El 1 de septiembre de 2014, la ESA publicó noticias de un magnetar cerca del remanente de supernova Kesteven 79 . Astrónomos de Europa y China descubrieron este magnetar, llamado 3XMM J185246.6+003317, en 2013 al observar imágenes que se habían tomado en 2008 y 2009. ^[25] En 2013, se descubrió un magnetar PSR J1745−2900 , que orbita el agujero negro en el sistema Sagitario A* . Este objeto proporciona una herramienta valiosa para estudiar el medio interestelar ionizado hacia el centro galáctico . En 2018, se determinó que el resultado temporal de la fusión de dos estrellas de neutrones fue un magnetar hipermasivo, que poco después colapsó en un agujero negro. ^[26]

En abril de 2020, se sugirió un posible vínculo entre las ráfagas rápidas de radio (FRB) y los magnetares, basándose en observaciones de SGR 1935+2154 , un probable magnetar ubicado en la Vía Láctea. ^{[27] [28] [29] [30] [31]}

A julio de 2021 ^[actualizar], se conocen 24 magnetares y hay seis candidatos más en espera de confirmación. ^[6] Se ofrece una lista completa en el Catálogo en línea SGR/AXP de McGill . ^[6] Algunos ejemplos de magnetares conocidos son:

• SGR 0525−66 , en la Gran Nube de Magallanes , situada a unos 163.000 años luz de la Tierra, la primera encontrada (en 1979)
• SGR 1806−20 , situado a 50.000 años luz de la Tierra en el otro lado de la Vía Láctea, en la constelación de Sagitario , y es el objeto más magnetizado conocido.
• SGR 1900+14 , situada a 20.000 años luz de distancia en la constelación de Aquila . Tras un largo periodo de bajas emisiones (ráfagas significativas sólo en 1979 y 1993), se volvió activa en mayo-agosto de 1998, y una ráfaga detectada el 27 de agosto de 1998 fue de suficiente potencia para obligar a NEAR Shoemaker a apagarse para evitar daños y saturar los instrumentos de BeppoSAX , WIND y RXTE . El 29 de mayo de 2008, el telescopio espacial Spitzer de la NASA descubrió un anillo de materia alrededor de este magnetar. Se cree que este anillo se formó en la ráfaga de 1998. ^[32]
• SGR 0501+4516 fue descubierto el 22 de agosto de 2008. ^[33]
• 1E 1048.1−5937 , situada a 9.000 años luz de distancia en la constelación de Carina . La estrella original, a partir de la cual se formó el magnetar, tenía una masa de 30 a 40 veces la del Sol .
• En septiembre de 2008 ^[actualizar], la ESO informó sobre la identificación de un objeto que inicialmente había identificado como un magnetar, SWIFT J195509+261406 , identificado originalmente por un estallido de rayos gamma (GRB 070610). ^[24]
• CXO J164710.2-455216 , ubicada en el cúmulo galáctico masivo Westerlund 1 , que se formó a partir de una estrella con una masa superior a 40 masas solares. ^{[34] [35] [36]}
• SWIFT J1822.3 Star-1606 fue descubierto el 14 de julio de 2011 por investigadores italianos y españoles del CSIC en Madrid y Cataluña. Este magnetar, contrariamente a lo previsto, tiene un campo magnético externo bajo y podría tener una edad de medio millón de años. ^[37]
• 3XMM J185246.6+003317, descubierto por un equipo internacional de astrónomos que analizó datos del telescopio de rayos X XMM-Newton de la ESA . ^[38]
• SGR 1935+2154 emitió un par de ráfagas de radio luminosas el 28 de abril de 2020. Se especuló que podrían ser ejemplos galácticos de ráfagas de radio rápidas .
• Swift J1818.0-1607 , una explosión de rayos X detectada en marzo de 2020, es uno de los cinco magnetares conocidos que también son púlsares de radio. En el momento de su descubrimiento, es posible que tenga solo 240 años. ^{[39] [40]}

Magneto- SGR J1745-2900
Descubren magnetar muy cerca del agujero negro supermasivo Sagitario A* , en el centro de la Vía Láctea

Se cree que las supernovas inusualmente brillantes son el resultado de la muerte de estrellas muy grandes, como las supernovas de inestabilidad de pares (o supernovas de inestabilidad de pares pulsacionales). Sin embargo, investigaciones recientes de astrónomos ^{[41] [42]} han postulado que la energía liberada desde magnetares recién formados hacia los remanentes de supernova circundantes puede ser responsable de algunas de las supernovas más brillantes, como SN 2005ap y SN 2008es. ^{[43] [44] [45]}

• Estrella de neutrones
• Repetidor de gamma suave
• Pulsar

• Ward, Peter Douglas ; Brownlee, Donald (2000). Tierras raras: por qué la vida compleja es poco común en el universo . Springer. ISBN 0-387-98701-0.
• Kouveliotou, Chryssa (2001). La conexión entre una estrella de neutrones y un agujero negro . Springer. ISBN 1-4020-0205-X.
• Mereghetti, S. (2008). "Los imanes cósmicos más fuertes: repetidores de rayos gamma suaves y púlsares de rayos X anómalos". Astronomy and Astrophysics Review . 15 (4): 225–287. arXiv : 0804.0250 . Bibcode :2008A&ARv..15..225M. doi :10.1007/s00159-008-0011-z. S2CID  14595222.

• Schirber, Michael (2 de febrero de 2005). "Origen de los magnetares". CNN .
• Naeye, Robert (18 de febrero de 2005). "La explosión más brillante". Sky and Telescope .

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• Catálogo de magnetares en línea de McGill Catálogo de magnetares en línea de McGill: tabla principal