Un posible origen de los FRB en las magnetares

Por Francisco R. Villatoro, el 24 julio, 2024. Categoría(s): Astrofísica • Ciencia • Física • Nature • Noticias • Physics • Science

El origen de los brotes rápidos de radio (FRB), cuya duración es de unos pocos milisegundos, todavía es una incógnita. En 2020 se asoció un FRB con la magnetar SGR 1935+2154, lo que sugiere que al menos una fracción de los FRB se originan en las magnetares, estrellas de neutrones con campos magnéticos ultraaltos (mayores de cien billones de gauss, cuando el campo magnético terrestre es del orden de un gauss). Las magnetares también emiten en rayos X, mostrando a veces cambios bruscos en la emisión, llamados glitches. Se publicó en Nature la observación con NICER y NuSTAR de dos glitches de rayos X en SGR 1935+2154 separados unas 8.8 horas; justo en el instante central entre ambos glitches se observó un FRB con CHIME y GBT el 14 de octubre de 2022. Se interpreta cada glitch como un cambio rápido y brusco de la frecuencia de rotación (espín o momento angular) de la estrella de neutrones. Tras el primer glitch, la rotación de la magnetar se desaceleró de forma rápida unos dos órdenes de magnitud, con un aumento y posterior disminución de su emisión en rayos X. Se propone que este glitch acopló la corteza de la estrella con su magnetosfera, generando un viento magnetosférico que fue el responsable de la producción del FRB. Luego el sistema se relajó volviendo a su estado original con un segundo glitch. Una interpretación arriesgada y polémica del origen de los FRB producidos en magnetar que tendrá que ser confirmada por futuros estudios.

La magnetar SGR 1935+2154 es la más activa de nuestra galaxia, con un periodo de 3.25 segundos y un campo magnético dipolar de 4 × 10¹⁴ G (gauss). Su última FRB fue observada por CHIME (Canadian Hydrogen Intensity Mapping Experiment) y el GBT (Green Bank Telescope). Los dos glitches en su emisión en rayos X fueron observados por NICER (Neutron Star Interior Composition Explorer) entre 2 y 8 keV y NuSTAR (Nuclear Spectroscopic Telescope Array) entre 3 y 8 keV entre el 12 de octubre y el 4 de noviembre de 2022. En el primer glitch la frecuencia pegó un salto de Δν₁ = 3.0(3) × 10⁻⁵ Hz (o sea, Δν₁/ν = 1.0(1) × 10⁻⁴) con un cambio en la energía magnética de 3.9 × 10⁴¹ erg; en el segundo Δν₂ = 1.9(3) × 10⁻⁵ Hz (o sea Δν₂/ν = 6(1) × 10⁻⁵) con un cambio en la energía magnética de 2.6 × 10⁴¹ erg. Estos grandes cambios del campo magnético de la magnetar (los glitches más intensos observados hasta ahora) se asocian a cambios en el momento angular (o espín) de la estrella de neutrones, pero aún no tienen una explicación definitiva. En el artículo en Nature se propone como hipótesis que el interior de la magnetar es un superfluido de neutrones (que no tiene viscosidad y fluye sin pérdida de energía). En dicho superfluido habría vórtices que forman tubos de campo magnético que conectan el núcleo con la superficie de la estrella de neutrones. Los glitches estarían asociados a reconfiguraciones de la geometría de los vórtices, que producirían el análogo a terremotos en la corteza de la estrella. Por las fracturas de la corteza se eyectaría un plasma similar al viento estelar que extraería momento angular de la magnetar. Pero este hipotético escenario en el que terremotos estelares generan los FRB todavía se considera especulativo.

Como siempre, correlación no implica causalidad; la coincidencia del FRB en el instante central entre los dos glitches no implica, a priori, que estos últimos sean su causa. En un artículo posterior, de parte de los mismos autores, publicado en MNRAS, se ha estudiado la correlación entre los 563 FRB (pocos milisegundos) y los 579 pulsos cortos de rayos X (entre 10 milisegundos y 10 segundos) observados en SGR 1935+2154. No se observa ninguna correlación significativa, algo esperable pues las escalas de tiempo son muy diferentes. Sin embargo, en analogía con las réplicas de terremotos en la corteza terrestre, se observa una correlación significativa entre las ráfagas de (dos o tres) pulsos y de FRB. Se sugiere que este indicio apoya la hipótesis de que los FRB son generados por terremotos estelares en la estrella de neutrones. De nuevo, indicios muy débiles para afirmaciones extraordinarias. Los artículos son Chin-Ping Hu,Takuto Narita, …, Keith C. Gendreau, «Rapid spin changes around a magnetar fast radio burst,» Nature 626: 500-504 (14 Feb 2024), doi: https://doi.org/10.1038/s41586-023-07012-5, arXiv:2402.09291 [astro-ph.HE] (14 Feb 2024), y Yuya Tsuzuki, …, Chin-Ping Hu, Teruaki Enoto, «Similarity to earthquakes again: periodic radio pulses of the magnetar SGR 1935+2154 are accompanied by aftershocks like fast radio bursts,» Monthly Notices of the Royal Astronomical Society (MNRAS) 530: 1885-1893 (08 Apr 2024), doi: https://doi.org/10.1093/mnras/stae965, arXiv:2401.16758 [astro-ph.HE] (30 Jan 2024).



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