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El motor de la Nebulosa del Cangrejo

El púlsar en el corazón de la Nebulosa del Cangrejo bulle de energía. Los telescopios MAGIC en la isla canaria de La Palma lo han confirmado tras detectarlo en rayos gamma de 25 a 400 gigaelectronvoltios (GeV), una banda de energías que estaba prácticamente inexplorada hasta la fecha. Ahora MAGIC se ha encontrado con que las señales que emite esta estrella llegan hasta energías tan altas como 400 GeV, entre 50 y 100 veces más de lo que predice la teoría. Esto ha dejado perplejos a los científicos, porque podría apuntar a un proceso astrofísico aún desconocido.

La estrella de neutrones que alberga la Nebulosa del Cangrejo es uno de los púlsares más famosos. Rota alrededor de su eje 30 veces por segundo y tiene un campo magnético de 100 millones de teslas. Este campo magnético es un billón de veces más intenso que el de nuestro planeta. El púlsar, que está a 6.000 años-luz de la Tierra, en la constelación de Tauro, es el motor de la Nebulosa del Cangrejo que le rodea. Tanto el púlsar como la nebulosa son los restos de una explosión de supernova que tuvo lugar el año 1054, y que llegó a ser tan brillante que se veía durante el día.

Púlsares a las mayores energías

Las estrellas de neutrones son objetos extraordinariamente densos con masas similares a las del Sol, pero con solo unos 10 kilómetros de diámetro. El periodo de rotación de un púlsar es extremadamente rápido y estable: un “día” en un púlsar puede durar entre 1 milisegundo y varios segundos. Mientras rota, la estrella de neutrones genera continuamente partículas cargadas, sobre todo electrones y positrones (electrones con carga positiva). Estas partículas viajan a lo largo de las líneas de campo magnético, que a su vez rotan a la misma velocidad que el púlsar. Las partículas producen un haz muy estrecho de radiación en gran parte del espectro electromagnético, desde ondas de radio hasta rayos gamma. Cuando este haz cruza la Tierra, durante un breve instante vemos un destello de radiación, similar a ver la luz del faro de un puerto desde la distancia. Por eso lo llamamos un púlsar.

En 2008, los telescopios MAGIC detectaron rayos gamma del púlsar del Cangrejo a energías de unos 25 GeV, que eran varias veces mayores que todo lo que se había medido hasta entonces. Los científicos concluyeron que esta radiación tenía que producirse a una altura de al menos 60 kilómetros por encima de la superficie del púlsar, porque los rayos gamma sufren una fuerte absorción en los campos magnéticos y desaparecerían a menor altura, donde el campo es muy intenso.

Los datos que ha obtenido MAGIC durante los últimos dos años, y que se publican hoy en la revista Astronomy & Astrophysics, muestran la presencia de emisión pulsada hasta energías de 400 GeV, algo que supera todas las expectativas teóricas. Además, los pulsos son muy cortos: duran menos de un milisegundo. Las teorías de púlsares predecían energías máximas mucho más bajas y ahora se enfrentan a un grave problema.

Reto a la teoría

Los astrofísicos de MAGIC apuntan a que podría generarse una cascada de partículas en el púlsar, lo que podría producir rayos gamma de más alta energía. Una explicación alternativa, publicada recientemente en la revista Nature, conecta este descubrimiento con la física igualmente intrigante del viento oscuro de partículas que escapa del púlsar y acaba por generar la Nebulosa del Cangrejo.

Aun así, ninguno de estos modelos puede explicar ni unas energías tan extremas, ni unos pulsos tan cortos. Los astrofísicos esperan que observaciones futuras arrojen luz sobre este nuevo fenómeno. Esto nos ayudaría a comprender mejor esta clase de objetos astronómicos y, en particular, unos de sus ejemplos más conocidos: el púlsar y la nebulosa del Cangrejo.

El proyecto MAGIC

MAGIC (Major Atmospheric Gamma-ray Imaging Cherenkov) se encuentra en el observatorio del Roque de los Muchachos (2.200 metros de altitud) en la isla canaria de La Palma. Este sistema de dos telescopios, cada uno con un espejo de 17 metros de diámetro, es el instrumento más grande para la medida de rayos gamma de fuentes cósmicas a energías de 25 GeV-50 teraelectronvoltios (TeV). 1 GeV es una energía cerca de mil millones de veces mayor de la que tiene un fotón visible. Es también la energía necesaria para crear un átomo de hidrógeno según el mecanismo de conversión de energía en masa descrito por la famosa ecuación de Einstein E=mc2. 1 TeV son mil GeV.

Los rayos gamma penetran en nuestra atmósfera y producen avalanchas de partículas secundarias que emiten radiación de Cherenkov de color azulado. MAGIC mide los rayos gamma recogiendo esta radiación. MAGIC opera desde 2004 y ha descubierto las fuentes de rayos gamma de muy alta energía más lejanas.


MAGIC se construyó por el esfuerzo coordinado de una gran colaboración internacional compuesta por unos 160 investigadores de Alemania, España, Italia, Suiza, Polonia, Finlandia, Bulgaria, Croacia y Japón. Las siguientes instituciones españolas están activamente involucradas: Universidad Complutense de Madrid (UCM), Universitat Autònoma de Barcelona (UAB), Universitat de Barcelona (UB), Institut de Física d'Altes Energies (IFAE), Institut de Ciencies de l'Espai (IEEC-CSIC), Instituto de Astrofísica de Andalucía (IAA-CSIC) e Instituto de Astrofísica de Canarias (IAC). MAGIC es financiado por el Ministerio de Economía y Competitividad y los proyectos Consolider Centro Nacional de Física de Partículas, Astropartículas y Nuclear (CPAN) y Multidark.

España es uno de los miembros fundadores de MAGIC y uno de los países con mayor peso dentro de la colaboración, como prueba el hecho de que en la actualidad está dirigida por un físico español: Juan Cortina, del IFAE de Barcelona. Dentro del campo de los púlsares, las instituciones españolas han jugado un papel relevante, iniciando ya en el año 2000 los primeros estudios sobre la búsqueda de pulsares con MAGIC. Dos de los autores del trabajo publicado, Stefan Klepser y Gianluca Giavitto, trabajan en el IFAE y el coordinador del grupo de trabajo de púlsares, Marcos López, pertenece al grupo de la Universidad Complutense.

En los medios:

"El centro de la Nebulosa del Cangrejo late con más energía de lo calculado", Terra Noticias (30/03/2012), vía EFE

"Investigadores detectan energías altas en la Nebulosa del Cangrejo que superan las expectativas teóricas", lainformacion.com (30/03/2012) vía Europa Press

2012-03-30

Avance

Los telescopios MAGIC detectan un púlsar a las energías más altas, lo que arroja dudas sobre las teorías científicas existentes. Siete instituciones españolas participan en MAGIC.

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