Una pista en el enigma de las ráfagas rápidas de ondas de radio

¿Qué es lo que está causando unas misteriosas ráfagas rápidas de ondas de radio en puntos distantes del cosmos? Gracias a una investigación reciente, el enigma parece estar un paso más cerca de ser esclarecido.

Aunque solo duran una fracción de segundo, las ráfagas rápidas de ondas de radio pueden liberar tanta energía como el Sol en un año. Además, su luz forma un rayo comparable a un láser que las distingue de las explosiones cósmicas más comunes.

Al ser tan breves, a menudo resulta difícil determinar su procedencia. Antes de 2020, las que habían sido rastreadas hasta su fuente se originaban fuera de nuestra galaxia, demasiado lejos para que los astrónomos pudieran ver qué las creaba. Entonces surgió una ráfaga rápida de ondas de radio en nuestra galaxia, originada por un objeto extremadamente denso llamado magnetar, una clase de estrella de neutrones. Las estrellas de neutrones son cadáveres  comprimidos de una estrella que explotó.

En octubre de 2022, el mismo magnetar, llamado SGR 1935+2154, produjo otra ráfaga rápida de ondas de radio. En esta ocasión, dos telescopios espaciales de rayos X observaron lo que parece ser parte del fenómeno. Pocos minutos antes y después de la ráfaga rápida de ondas de radio, captaron lecturas de rayos X anómalas.

Uno de estos telescopios fue el NICER (Neutron Star Interior Composition Explorer) a bordo de la Estación Espacial Internacional. El otro fue el NuSTAR (Nuclear Spectroscopic Telescope Array) en órbita terrestre. Ambos telescopios observaron el magnetar durante horas, vislumbrando lo que ocurrió en la superficie del objeto fuente y en su entorno inmediato, antes y después de la ráfaga rápida de ondas de radio.

La ráfaga se produjo entre dos cambios de velocidad de rotación del magnetar. Ocurrió después de que el magnetar empezase a girar más rápido de repente. Se estima que SGR 1935+2154 tiene unos 20 kilómetros de diámetro y da unas 3,2 vueltas sobre sí mismo por segundo, lo que significa que su superficie se movía a unos 11.000 km/h.

Ralentizar o acelerar la rotación de un astro tan denso requiere una cantidad significativa de energía. Por eso, los autores del estudio se sorprendieron al ver que, tras el aumento de velocidad, el magnetar se ralentizó hasta alcanzar una velocidad inferior a la que tenía antes de su abrupto incremento de velocidad. El descenso de velocidad ocurrió en tan solo nueve horas, es decir, unas 100 veces más rápido de lo observado previamente en un magnetar.

Normalmente, cuando se producen tales cambios de velocidad en un magnetar, este tarda semanas o meses en recuperar su velocidad normal, tal como argumenta Chin-Ping Hu, de la Universidad Nacional de Educación de Changhua en Taiwán y miembro del equipo de investigación. Esto, en cambio, no sucedió con SGR 1935+2154.

Para averiguar cómo los magnetares producen las ráfagas rápidas de ondas de radio, hay que tener en cuenta muchas variables.

Por ejemplo, los magnetares (que son un tipo de estrella de neutrones) son tan densos que una cucharadita de su material pesaría unos mil millones de toneladas en la Tierra. Una densidad tan alta implica también una fuerte atracción gravitatoria: Un malvavisco (esponjita) que cayera sobre una estrella de neutrones típica impactaría con la fuerza de una bomba atómica.

Poco antes de que se produjera la ráfaga rápida de ondas de radio de 2022, el magnetar empezó a liberar erupciones de rayos X, así como de rayos gamma (longitudes de onda de luz aún más energéticas) que se observaron en la visión periférica de telescopios espaciales de alta energía. Este aumento de la actividad llevó a los responsables de los telescopios a apuntar NICER y NuSTAR directamente hacia el magnetar.

Todos esos estallidos de rayos X que se produjeron antes de ese abrupto aumento de velocidad de rotación habrían tenido, en principio, energía suficiente para crear una ráfaga rápida de ondas de radio, pero no fue así, tal como explica Zorawar Wadiasingh, de la Universidad de Maryland en Estados Unidos y miembro del equipo de investigación. Así que parece que algo cambió durante el periodo de ralentización, creando el conjunto adecuado de condiciones para que se generase la ráfaga".

¿Qué más pudo suceder con SGR 1935+2154 para producir una ráfaga rápida de ondas de radio? Un factor podría ser que el exterior de un magnetar es sólido, y la alta densidad aplasta el interior en un estado llamado superfluido. Ocasionalmente, ambos (exterior e interior) pueden desincronizarse, como el agua que salta caóticamente dentro de una pecera giratoria. Cuando esto ocurre, el fluido puede suministrar energía a la corteza. Los autores del estudio creen que esto es lo que probablemente causó los dos cambios abruptos de velocidad de rotación que acompañaron a la ráfaga rápida de ondas radio.

Si el cambio inicial de velocidad de rotación provocó una grieta en la superficie del magnetar, podría haberse liberado, a través de la grieta, material del interior del magnetar al espacio, como una erupción volcánica. La pérdida de masa hace que los objetos giratorios se ralenticen, por lo que los investigadores creen que esto podría explicar la rápida desaceleración de la rotación del magnetar.

Recreación artística de un magnetar perdiendo material en el espacio, en una eyección que habría provocado la ralentización de su rotación. Las fuertes y retorcidas líneas de campo magnético del magnetar (en verde) pueden influir en el flujo de material cargado eléctricamente procedente del objeto. (Imagen: NASA JPL / Caltech)

Sin embargo, al haber observado solo uno de estos fenómenos en tiempo real, el equipo aún no puede asegurar cuál de estos factores (u otros, como el potente campo magnético del magnetar) podría conducir a la producción de una ráfaga rápida de ondas de radio.

Tal como matiza George Younes, investigador en el Centro Goddard de Vuelos Espaciales de la NASA y coautor del estudio, los hallazgos realizados en el nuevo estudio constituyen una pista importante para esclarecer el enigma del origen de las ráfagas rápidas de ondas de radio, pero aún se necesitan muchos más datos para conseguirlo. (Fuente: NCYT de Amazings)