Modelando los campos magnéticos extremos y la variación de temperatura en estrellas distantes

Nuevas investigaciones están ayudando a explicar una de las grandes preguntas que ha dejado perplejos a los astrofísicos durante los últimos 30 años: qué es lo que causa el cambio de brillo de las estrellas distantes llamadas magnetares.

Las magnetares se formaron a partir de explosiones estelares o supernovas y tienen campos magnéticos extremadamente fuertes, estimados en millones de veces mayores que el campo magnético presente en la Tierra.

El campo magnético de los magnetares genera un intenso calor y rayos X. Es tan fuerte que también afecta a las propiedades físicas de la materia, sobre todo a la forma en que el calor se conduce a través de la corteza de la estrella y a través de su superficie, creando las variaciones de brillo a lo largo de la estrella que han desconcertado a astrofísicos y astrónomos.

Un equipo de científicos - dirigido por el Dr. Andrei Igoshev de la Universidad de Leeds - ha desarrollado un modelo matemático que simula la forma en que el campo magnético altera la comprensión convencional de que el calor se distribuye uniformemente y crea regiones más calientes y más frías donde puede haber una diferencia de temperatura de un millón de grados centígrados.

Esas regiones más calientes y más frías emiten rayos X de diferente intensidad, y es esa variación en la intensidad de los rayos X la que se observa como cambio de brillo en los telescopios espaciales.

Los resultados se publicaron en la revista Nature Astronomy. La investigación fue financiada por el Consejo de Instalaciones Científicas y Tecnológicas (STFC).

El Dr. Igoshev, de la Escuela de Matemáticas de Leeds, dijo: "Vemos este patrón constante de regiones calientes y frías. Nuestro modelo, basado en la física de los campos magnéticos y la física del calor, predice el tamaño, la ubicación y la temperatura de estas regiones, y al hacerlo, ayuda a explicar los datos capturados por los telescopios de los satélites durante varias décadas y que ha dejado a los astrónomos rascándose la cabeza sobre por qué el brillo de los magnetares parecía variar. Nuestra investigación implicó la formulación de ecuaciones matemáticas que describen cómo la física de los campos magnéticos y la distribución del calor se comportarían bajo las condiciones extremas que existen en estas estrellas. Formular esas ecuaciones llevó tiempo pero fue sencillo. El gran desafío fue escribir el código de la computadora para resolver las ecuaciones, lo que llevó más de tres años".

El mapa muestra la distribución del calor en un magnetar. Las regiones azules son más frías y las amarillas más calientes. (Foto: University of Leeds)

Una vez que el código fue escrito, se necesitó una súper computadora para resolver las ecuaciones, permitiendo a los científicos desarrollar su modelo de predicción.

El equipo utilizó las instalaciones de supercomputación del DiRAC, financiadas por el STFC, en la Universidad de Leicester.

El Dr. Igoshev dijo que una vez que el modelo fue desarrollado, sus predicciones fueron probadas contra los datos recogidos por los observatorios espaciales. El modelo era correcto en diez de los 19 casos.

Los magnetares estudiados como parte de la investigación están en la Vía Láctea y típicamente se hallan a 15 mil años luz de distancia.

Los otros miembros del equipo de investigación fueron el profesor Rainer Hollerbach, también de Leeds, el Dr. Toby Wood, de la Universidad de Newcastle, y el Dr. Konstantinos N. Gourgouliatos, de la Universidad de Patras en Grecia. (Fuente: NCYT Amazings)