martes, 1 de febrero de 2011

La Nebulosa del Cangrejo: aun guarda sorpresas

Hola a todos,

Los últimos meses ha tenido lugar una sorpresa mayuscula: la nebulosa del cangrejo fascinó a los científicos con unos fogonazos de rayos gamma, (fireworks—gamma-ray flares) increiblemente energéticos. Y eso que se pensaba que era un objeto estable y tranquilo.

La nebulosa del cangrejo tiene una historia muy interesante: en 1054 los astronomos chinos y algunos de oriente medio dejaron constancia de la aparición de una nueva estrella, en lo que nosotros denominamos constelación de tauro, que de pronto se volvió tan brillante que alumbraba tanto como la luna, y que se veía incluso de día... y así estuvo durante muchos días. Es curioso que sucediendo en plena era con documentación histórica no quedara constancia escrita o registro alguno en Europa. Al mirar en esa dirección con nuestros medios descubrimos el siglo pasado una preciosa nebulosa. En su centro se encuentra uno de los objetos más increibles: un púlsar. Lo que vieron fue una supernova. Veamos cómo lo cuenta Carl Sagan (lo siento pero el audio esta en inglés):



Un púlsar es el resultado de una explosión tipo supernova. Es el desenlace inevitable de una estrella algo más pesada que nuestro sol, una vez y media mayor ya es suficiente. Cuando agota su combustible, al fallar las reacciones termonucleares que la sostenían, la estrella colapsa por su propio peso: nada detiene ya a la gravedad. La masa total de la estrella puede no obstante ser compensada, si su masa no es mucho mayor: los electrones son aplastados contra los nucleos, creando una gigantesca bola de neutrones, que debido a la fuerza de repulsión del principio de exclusión de Pauli, ya que los neutrones obedecen a dicho principio (que en el fondo dimana de la fuerza electromagnetica o con la unificación actual electrodébil). Así pues la gravedad no es lo bastante grande y la estrella encuentra una nueva configuración estable como una "estrella de neutrones".

Una estrella de neutrones es una especie de "núcleo atómico gigante": una estrella del tamaño de una gran ciudad, unos 15 Kms de radio, con toda la masa de una estrella mayor que nuestro sol... su densidad es inmensa (se dice que una cucharada de esa sustancia pesaría como una montaña entera en la superficie de la Tierra).

Como el tamaño se ha reducido de manera tan increible en un tiempo muy corto: se producen dos efectos: uno por el principio de conservación del momento angular la estrella comienza a girar mucho más rápido (como el patinador que encoge los brazos y las piernas y rota más rápido... pero en una magnitud inimaginable). El segundo efecto se refuerza con el primero: el gran campo magnético de la estrella al reducir su volumen se amplifica de forma cuadratica con la disminución del radio...creando una estrella increíblemente magnetizada: a algunas las llaman "magnestars" o magnetoestrellas. Estas magnetostrellas llegan a tener campos magneticos del orden de 10^11 y 10^14 Teslas! Para que se hagan una idea, en la Tierra se han conseguido campos magneticos de hasta algunas unidades o decenas de Teslas (el Tesla es una unidad de medida tan grande que en el día a día no resulta practico y se emplea el Gauss 10.000 veces menor, el campo de la Tierra por ejemplo es de 0,5 Gauss). 

El resultado es u  púlsar , una estrella que rota con una enorme velocidad, muy precisa, y emitiendo un haz electromagnético como si de un faro espacial se tratara. 




La primera vez que se detectó la señal de un púlsar se pensó haber contactado con otra civilización extraterrestre y se mantuvo en secreto... ya que no se imaginaban qué podía producir algo parecido a una portadora de comunicación como las que en la Tierra empleamos para emitir un canal de una emisora de radio o TV por ejemplo... La nebulosa del cangrejo emite exactamente cada 33 milisegundos, con una precisión asombrosa.

Según las teorías al uso, como el campo magnético al rotar se opone a dicho giro, actúa de freno, y debe poder predecirse la ralentización del giro. Que disminuirá su frecuencia de forma muy, muy lenta a lo largo del tiempo. En unidades astronómicas este objeto es muy reciente y por eso aún gira muy rápido.
Según la teoría de Einstein por su enorme masa en rotación debería emitir ondas gravitatorias, que aún no se han detectado, lo que igualmente le haría ir perdiendo energía y disminuir su rotación de forma gradual. Se cree que dicho efecto sí se ha podido medir en otros pulsars más antiguos donde el efecto tras mucho tiempo sí es apreciable.

Este objeto no es nuevo, de hecho es el número 1 de la famosísima lista o  catalogo de  Charles Messier  en  1771. Así se le llama M1.

Messier era un gran aficionado a los cometas (un cazador de ellos, por mejor decirlo) y elaboró ese catálogo para no confundirse constatemente con objetos que él sabía que no lo eran. Ver para apreciar la Lista de objetos del Catalogo de Messier

Es una lista de cúmulos globulares, nebulosas y galaxias (la M31 es la famosa galaxia de Andromeda, la más próxima a nosotros y creemos más parecida).

La nebulosa del cangrejo se encuentra a 6.500 años luz en la constelación de Tauro. Por supuesto Messier nunca llegó a imaginar lo lejos que estaba, para él era un cuerpo gaseoso dentro de nuestra galaxia, por aquel entonces todo el universo conocido.
Sabemos que el pulsar emite una cantidad tan colosal de energía que irradia y excita toda la nube de gas a su alrededor hasta una distancia de 6 años luz! creando uno de los objetos más bellos que se pueden observar con nuestros telescopios. La energía emitida es tal que hace que la nebulosa sea 75.000 veces más brillante que nuestro sol.
El pulsar crea un viento de partículas, sobre todo electrones y positrones que viajan a casi la velocidad de la luz interactuando con el enorme campo magnético y con protones más fríos dando lugar a su característica emisión.

Pero esto es lo que se sabía hasta ahora. Lo que se detectó el mes pasado fue un par de fogonazos de rayos gamma que han hecho replantearse toda la teoría de aceleración de partículas. De hecho según los cálculos se trata de una emisión por partículas (casi seguro electrones) aceleradas a la mayor energía jamás observada directamente en cualquier objeto celeste, y por supuesto que acelerada en la Tierra. esos electrones debían tener unos 10 peta-electrónvoltios (peta es 10 elevado a 15), mil veces más energéticos que las partículas más energéticas que hemos producido (el CERN mueve haces a 3,5 Tev, tera son doce ceros, pero no son electrones, sino parículas más pesadas como protones, lo que hace que la aceleración sea menor al ser mayor su masa).
Por el tipo de radiación se piensa que fué del tipo sincrotrón, esto es la energía electromagnetica que emiten electrones al ser acelerados. Por la enorme cantidad de energía y lo rápido del proceso de aceleración, no se conoce un mecanismo para producir tal efecto ni a tal velocidad.



Se conocen recombinaciones de las lineas de fuerza del campo magnético que tienen lugar en la superficie de algunos pulsares, que liberan de golpe una energia de hasta 10^39 Julios! Y que sólo producen "pequeñas" emisiones gamma y del resto del espectro completo (rayos X, ...). Pequeñas comparadas con las medidas en febrero...

La detección se publicó en Science, tuvo lugar gracias al fantástico telescopio orbital de rayos Gamma FERMI Telescopio Espacial de Rayos Gamma FERMI de la NASA por el equipo de Aous Abdo. También fue corroborado por el detector italiano Agile, (de la Agencia Espacial Italiana, ASI) por el equipo de Marco Tavani, proyecto en el que participa también España muy modestamente con el científico Andrea Caliandro, del Instituto de Ciencias del Espacio (IEEC-CSIC). Al día siguiente se enfocaron a ella el telescopio espacial Hubble y el Chandra (de rayos X).
En total se han detectado 4 fogonazos, 2 por cada equipo en septiembre del año pasado y este mismo febrero (iguales que otro en octubre del 2007 y no bien localizado).

La energia es sorprendente: fotones con una energía 15 ordenes superior a los de la luz visible.


Bueno esto empieza a entrever el origen de algunos estallidos gamma... pero hay muchos otros que ni sospechamos el proceso que los crea, creemos que en agujeros negros (muy similares pero mucho más masivos que los pulsares) y en choques violentos de nubes de gas (como en choques de galaxias). Iremos sabiendo más, seguro, pero habra que esperar un poco más.


Un saludo Elementales


Francisco Jose Menchen