Identifican una estrella capaz de formar un magnétar, el imán más poderoso del Universo

Con un volumen algo menor que el del Sol, pero diez veces más caliente, el astro explotará en supernova y generará una estrella de neutrones con un campo magnético 100 billones de veces más intenso que el terrestre

Por José Tadeu Arantes  |  Agência FAPESP – Los magnétares son los objetos que exhiben los más fuertes campos magnéticos conocidos del Universo, del orden de entre 10¹³ y 10¹⁵ gauss. A modo de comparación, puede decirse que el campo magnético en la superficie terrestre varía de 0,25 a 0,65 gauss. Una hipótesis de su formación indica que un magnétar sería una estrella de neutrones cuya estrella precursora ya poseía un campo magnético lo suficientemente significativo, que habría sido enormemente intensificado durante su explosión en supernova y en el colapso gravitacional subsiguiente que originó la estrella de neutrones.

Un estudio observacional realizado ahora podrá aportar importantes dilucidaciones para la comprensión de este fenómeno, pues en el marco del mismo se identificó una estrella precursora llamada HD 45166 y que reúne las condiciones como para generar un magnétar. Es la primera vez que se logra observar una estrella con estas condiciones: su masa es lo suficientemente grande como para explotar en supernova y, acto seguido, colapsar en estrella de neutrones; y su campo magnético es lo suficientemente fuerte como para producir un magnétar durante su colapso.

Este trabajo estuvo a cargo de un equipo internacional encabezado por el israelí Tomer Shenar, de la Universidad de Ámsterdam, en los Países Bajos, y contó con la importante participación del brasileño Alexandre Soares de Oliveira, de la Universidade do Vale do Paraíba (Univap). Y un artículo al respecto salió publicado en la revista Science.

“La estrella que identificamos, HD 45166, posee un campo magnético de 43 kilogauss [43 X 10³ G]. Y producirá un magnétar con un campo magnético del orden de los 100 billones de gauss. La explicación física de este crecimiento sorprendente reside en que el colapso gravitacional hace que la estrella se encoja drásticamente. Y como su superficie se achica sobremanera, la densidad de flujo del campo magnético se incrementa en forma proporcional”, le explica Soares de Oliveira a Agência FAPESP.

La densidad de flujo se determina según la cantidad de líneas de campo magnético que atraviesan una unidad de área. Para hacerse una idea de lo que el investigador está diciendo, es necesario recordar que, en las estrellas de neutrones, las masas del orden de entre 1,1 y 2,1 masas solares se compactan en esferas de tan solo 20 kilómetros de radio aproximadamente. La superficie de la estrella de neutrones es sumamente pequeña. Y esto permite entender por qué el campo magnético se intensifica tanto.

Soares de Oliveira recuerda algunas predicciones del modelo estándar de la evolución estelar. “Las estrellas con masas hasta ocho veces mayores que la masa del Sol evolucionan como enanas blancas. Luego de que eyectan gran parte de su material, lo que sobra es el carozo caliente y denso, con un tamaño aproximadamente igual al de la Tierra. Empero, cuando la masa es superior a ocho masas solares, la estrella explota como supernova al completar su ciclo. Y el material remanente colapsa por efecto gravitacional formando una estrella de neutrones. Cuando la masa es mucho mayor aún que eso, el colapso gravitacional tras la explosión en supernova origina un agujero negro.”

HD 45166 es la estrella masiva evolucionada más magnética que hasta ahora se ha encontrado. El referido estudio demostró que posee un campo magnético de 43 kilogauss. “Nuestros cálculos sugieren que al explotar como supernova del tipo Ib o IIb y entrar en colapso gravitacional, al cabo de algunos millones de años, su campo magnético se concentrará debido al colapso y probablemente se convertirá en una estrella de neutrones con un campo magnético del orden de los 100 billones de gauss”, informa el investigador.

En ese momento, HD 45166 habrá originado un magnétar, el tipo de imán más poderoso conocido del Universo, más de 100 millones de veces más fuerte que los más potentes imanes fabricados por la humanidad. Se conocen actualmente unos 30 magnétares. La estrella HD 45166 se encuentra a unos 3.200 años luz de la Tierra en dirección a la constelación de Monoceros.

Y el investigador aporta detalles. “HD 45166 es un sistema binario, formado por una estrella del tipo qWR [casi Wolf-Rayet], que es una estrella de helio evolucionada, masiva y extremadamente caliente, y por una estrella de la secuencia principal del tipo espectral B, por ende, una estrella azul en su fase adulta, pero no tan evolucionada. Están separadas por alrededor de 10,5 unidades astronómicas, esto es, por 10,5 veces la distancia media existente entre la Tierra y el Sol. Y orbitan una alrededor de la otra con un período de 22,5 años. La qWR es en la actualidad algo menor que el Sol, aunque diez veces más caliente, mientras que su estrella compañera tiene dos veces y media el volumen del Sol y el doble de su temperatura.”

El historial

Estas y muchas otras informaciones recabadas en el marco de este estudio constituyen el fruto de un trabajo que sumado se extendió durante más de 20 años. Soares de Oliveira empezó a estudiar la estrella HD 45166 en su investigación doctoral, que se desarrolló entre los años 1998 y 2003, inicialmente en el Observatorio de Pico dos Dias, del Laboratorio Nacional de Astrofísica (LNA), emplazado entre los municipios de Brazópolis y Piranguçu, en Minas Gerais, Brasil, y posteriormente en el Observatorio de La Silla, de la colaboración European Southern Observatory (ESO), situado en el desierto de Atacama, en Chile. Y Tomer Shenar y su equipo aportaron informaciones obtenidas en diversas instalaciones del mundo, fundamentalmente en el Canada-France-Hawaii Telescope (CFHT), en Mauna Kea, Hawái.

“Fueron fundamentales los datos de espectropolarimetría elaborados por Shenar y sus colaboradores en el CFHT”, subraya Soares de Oliveira. En astronomía y astrofísica, la espectropolarimetría es una técnica con la cual se analiza el espectro de la luz polarizada que emiten los objetos para determinar algunas de sus propiedades, particularmente el campo magnético. “Las características de polarización circular observadas en HD 45166, como así también el efecto Zeeman, es decir, el despliegue de las rayas espectrales detectado en algunas rayas, confirman la presencia de un fuerte campo magnético”, afirma el investigador.

La componente más activa del sistema binario HD 45166 es evidentemente qWR. Esas estrellas del tipo Wolf-Rayet, así denominadas en honor a los astrónomos franceses Charles Wolf y Georges Rayet, que las descubrieron en el año 1867, son objetos masivos con largas e intensas líneas de emisión características del helio y de otros elementos químicos más pesados (carbono, nitrógeno y oxígeno), que atestiguan su madurez, es decir, el hecho de que se encuentran en una fase avanzada del ciclo de evolución estelar.

“Nuestra estrella de interés es básicamente el núcleo de helio expuesto de una estrella que ha perdido sus capas externas de hidrógeno. La propuesta que formulamos indica que se habría formado mediante la fusión de dos estrellas de helio de menores masas. En el estadio actual, es suficientemente masiva como para explotar en supernova y producir una estrella de neutrones y lo suficientemente fuerte en cuanto a su campo magnético como para generar un magnétar”, culmina diciendo Soares de Oliveira.

Una parte de este trabajo fue financiada por la FAPESP mediante el otorgamiento de una beca a Soares de Oliveira.

Puede leerse el artículo intitulado A massive helium star with a sufficiently strong magnetic field to form a magnetar en el siguiente enlace: www.science.org/doi/10.1126/science.ade3293.