El magnetar, ese gran desconocido (pero cada vez menos)

Los magnetares son un tipo de estrella de neutrones alimentada por un campo magnético extremadamente fuerte que emiten relámpagos de radiación gamma y de rayos X

El 15 de abril de 2020 una onda de rayos gamma, el tipo de luz más energético de la naturaleza, atravesó el sistema solar. Primero se detectó en Marte por una sonda y unos seis minutos después fue captada por detectores en la superficie de la Tierra.

Los estallidos de rayos gamma son relativamente frecuentes. Cada 48 horas suele detectarse alguno. De todos ellos, unos dos tercios del total tienen una duración que varía entre las decenas y las centenas de segundos. El resto son de menos de dos segundos y aquí es donde se enmarca el evento del 15 de abril. Tan solo duró unos microsegundos, demasiado breve con respecto a lo habitual.

Al triangular la señal los científicos advirtieron que ocurrió inusualmente cerca, en la galaxia del Escultor (NGC 253) situada a unos 12 millones de años luz de nosotros en dirección a la constelación del mismo nombre. Aquí al lado en términos galácticos. El desencadenante que produjo la llamarada seguía siendo desconcertante, aunque todo apuntaba a un magnétar.

¿Cómo se forma un magnetar?

Cuando el núcleo de una estrella implosiona durante una supernova y su masa remanente es aproximadamente la del Sol, todo ello se comprime en un diámetro de unos 20 kilómetros formando una estrella de neutrones de una altísima densidad. No solo la masa se conserva. También el campo magnético, y del mismo modo que la densidad aumenta, la intensidad de campo magnético hace lo propio amplificándose hasta diez mil millones de veces.

Tras el nacimiento del magnetar, su superficie comienza a enfriarse hasta quedar a varios millones de Kelvin. Sería suficiente como para que se formase una red cristalina sólida de neutrones, electrones y núcleos atómicos. Al estar la estrella en rotación se inducirían corrientes eléctricas que harían vibrar esa corteza superficial, terremotos estelares, pudiendo formarse grietas en ella.

Por otro lado, su interior está distribuido como las capas de una cebolla. Cada una de ellas con una rotación diferente lo que hace que se generen campos magnéticos por cada una de las capas. Esto facilita que se provoquen interferencias entre ellos y algunas de ellas desestabilizan el interior del magnetar.

Con todo esto si hay alguna grieta cerca de los polos del magnetar y se produce una desestabilización interna, se lanzarían grandes volúmenes de plasma junto a electrones y positrones, todo ello canalizado en un haz estrecho a velocidades próximas a la de la luz. Sería algo así como un faro que, si alguna vez llegase a barrer la Tierra, explicaría esos breves pero intensos estallidos de rayos gamma.

A nivel teórico se conocen estos estallidos. Sin embargo a nivel experimental se tienen pocos datos. Los detectados hasta entonces produjeron destellos tan brillantes que saturaron los detectores e incluso enviaron algunas naves espaciales a «modo seguro», lo que impidió a los astrónomos estudiar algo que no fueran las secuelas del estallido.

La solución para medir el estallido de magnetar

En 1992, los astrofísicos Chris Thompson y Robert Duncan, junto a Bohdan Paczyński de manera independiente, idearon una forma de detectar estas brevísimas explosiones. Consideraron los primeros diez segundos de vida de una estrella de neutrones tras la supernova que la produjo. La estrella estaría tan caliente que su interior se fundiría. Su rotación es extremadamente rápida, del orden de una rotación cada pocos milisegundos generando esos campos magnéticos tan intensos. Nace el magnetar.

En teoría, el intenso campo magnético debería actuar como un freno en la rotación de la estrella. En unos pocos miles de años disminuiría su velocidad de rotación paulatinamente y si midiésemos en intervalos de segundos, podría apreciarse ese frenado. La científica Chryssa Kouveliotou se propuso documentar esta desaceleración en tiempo real. Estuvo analizando un posible magnetar durante tres años y en 1998 pudo medir esa ralentización que cuantificó en una centésima de segundo demostrando así la hipótesis de Duncan, Thompson y Paczyński. Era la primera prueba experimental que apoyaba la existencia de los magnetares.

Y por fin, llegó el estallido ideal

Los científicos debían esperar al estallido de un magnetar que estuviese cercano pero no demasiado para poder medir la eyección. Esperaron pacientemente hasta que se produjo, y ocurrió el 15 de abril de 2020. Entonces, Hurley y su equipo calcularon la fuerza de la llamarada estimándola en unos 100 000 años de brillo del Sol liberados en unos pocos milisegundos.

La explosión habría tenido lugar cerca de uno de los polos del magnetar y además, pasados 19 segundos del evento principal se detectó un segundo frente de rayos gamma. La explicación podría ser que parte del plasma eyectado chocó contra una capa distante de gas que rodea la estrella, provocando este segundo estallido.

A la búsqueda de antiguos magnetares

Tras caracterizar este estallido, los científicos están buscando eventos similares en los catálogos de estallidos de rayos gamma. Encontraron algunos que parecían proceder de lugares cercanos a nuestra galaxia y vieron que estas eyecciones deberían ser más numerosas que cualquier tipo de supernova y unas 1 000 veces más que otros eventos transitorios poco frecuentes como fusiones de estrellas de neutrones. En definitiva, todo apunta a que son muy comunes pero la realidad es que son muy difíciles de detectar.

Antonio Pérez Verde es autor del blog Astrométrico. Más textos aquí.