La radiografía los ‘huesos’ de una mano cósmica fantasmal

Dos telescopios espaciales de rayos X de la NASA han combinado sus poderes de obtención de imágenes para revelar los «huesos» del campo magnético de una notable estructura con forma de mano en el espacio.

Juntos, estos telescopios revelan el comportamiento de una estrella muerta colapsada que sobrevive a través de columnas de partículas de materia energizada y antimateria.

Hace unos 1.500 años, una estrella gigante de nuestra galaxia se quedó sin combustible nuclear para quemar. Cuando esto sucedió, la estrella colapsó sobre sí misma y formó un objeto extremadamente denso llamado estrella de neutrones.

Las estrellas de neutrones en rotación con fuertes campos magnéticos, o púlsares, proporcionan laboratorios para la física extrema, con condiciones que no se pueden replicar en la Tierra. Los púlsares jóvenes pueden crear chorros de materia y antimateria que se alejan de los polos del púlsar, junto con un viento intenso, formando una «nebulosa del viento de púlsar».

En 2001, el Observatorio de rayos X Chandra de la NASA observó por primera vez el púlsar PSR B1509-58 y reveló que su nebulosa de viento púlsar (conocida como MSH 15-52) se parece a una mano humana. El púlsar se encuentra en la base de la «palma» de la nebulosa. MSH 15-52 se encuentra a 16.000 años luz de la Tierra.

Ahora, el telescopio de rayos X más nuevo de la NASA, el Explorador de polarimetría de rayos X de imágenes (IXPE), ha observado MSH 15-52 durante aproximadamente 17 días, el mayor tiempo que ha observado un objeto desde su lanzamiento en diciembre de 2021.

«Los datos del IXPE nos brindan el primer mapa del campo magnético en la ‘mano'», dijo en un comunicado Roger Romani de la Universidad de Stanford en California, quien dirigió el estudio. «Las partículas cargadas que producen los rayos X viajan a lo largo del campo magnético, determinando la forma básica de la nebulosa, como lo hacen los huesos en la mano de una persona».

IXPE proporciona información sobre la orientación del campo eléctrico de los rayos X, determinada por el campo magnético de la fuente de rayos X. Esto se llama polarización de rayos X. En grandes regiones de MSH 15-52 la cantidad de polarización es notablemente alta, alcanzando el nivel máximo esperado del trabajo teórico. Para lograr esa fuerza, el campo magnético debe ser muy recto y uniforme, lo que significa que hay poca turbulencia en esas regiones de la nebulosa del viento púlsar.

«Todos estamos familiarizados con los rayos X como herramienta médica de diagnóstico para humanos», dijo la coautora Josephine Wong, también de Stanford. «Aquí utilizamos los rayos X de otra manera, pero nuevamente revelan información que de otro modo estaría oculta para nosotros».

Una característica particularmente interesante de MSH 15-52 es un brillante chorro de rayos X dirigido desde el púlsar hasta la «muñeca» en la parte inferior de la imagen. Los nuevos datos del IXPE revelan que la polarización al inicio del chorro es baja, probablemente porque se trata de una región turbulenta con campos magnéticos complejos y enredados asociados con la generación de partículas de alta energía. Al final del chorro, las líneas del campo magnético parecen enderezarse y volverse mucho más uniformes, lo que hace que la polarización se haga mucho mayor.

Estos resultados implican que las partículas reciben un impulso de energía en regiones turbulentas complejas cerca del púlsar en la base de la palma, y fluyen hacia áreas donde el campo magnético es uniforme a lo largo de la muñeca, los dedos y el pulgar.

«Hemos descubierto la historia de vida de la materia súper energética y las partículas de antimateria alrededor del púlsar», dijo el coautor Niccolò Di Lalla, también de Stanford. «Esto nos enseña cómo los púlsares pueden actuar como aceleradores de partículas».

IXPE también ha detectado campos magnéticos similares para las nebulosas de viento púlsar de Vela y Cangrejo, lo que implica que pueden ser sorprendentemente comunes en estos objetos.

Estos resultados se publican en un nuevo artículo en The Astrophysical Journal.