Durante años, los astrónomos han pensado que los magnetares eran una rareza entre las estrellas de neutrones. Ahora, una investigación liderada por el Instituto de Ciencias del Espacio (ICE-CSIC) apunta en una dirección muy diferente: los magnetares podrían representar alrededor del 50% de todas las estrellas de neutrones de la Vía Láctea.
El resultado, publicado en Nature Astronomy, cambia la imagen que se tenía de estos objetos extremos y podría ayudar a explicar algunos de los fenómenos más violentos y energéticos del universo, desde determinadas explosiones de rayos gamma hasta las misteriosas ráfagas rápidas de radio.
Los magnetares son estrellas de neutrones con campos magnéticos extraordinariamente intensos. Son los restos ultracompactos que quedan después de que una estrella masiva explote como supernova y su núcleo colapse. Aunque apenas tienen unos pocos kilómetros de diámetro, concentran una cantidad de materia enorme y pueden almacenar una energía magnética capaz de alimentar fenómenos cósmicos de una violencia difícil de imaginar.
La cuestión es cuántos de ellos nacen realmente. Hasta ahora, las estimaciones apuntaban a que eran una fracción relativamente pequeña de las estrellas de neutrones. El nuevo estudio propone que podrían ser muchos más de lo que se pensaba.
Un censo de las estrellas de neutrones que nacen y mueren en la galaxia
En la Vía Láctea hay alrededor de cien mil millones de estrellas. Aproximadamente cien millones de ellas, cerca del 1%, serían estrellas de neutrones, los restos compactos que dejan algunas estrellas masivas después de una explosión de supernova.
Pero no todas las estrellas de neutrones son iguales. Algunas se observan como púlsares de radio; otras aparecen como magnetares; también existen objetos compactos centrales y estrellas de neutrones aisladas detectadas mediante rayos X.
Hasta ahora, estos grupos se habían estudiado en buena medida por separado. El equipo del ICE-CSIC ha desarrollado, en cambio, un modelo capaz de estudiar conjuntamente las distintas poblaciones y sus posibles conexiones evolutivas.
La técnica se conoce como síntesis de poblaciones. Dicho de una manera sencilla, consiste en utilizar simulaciones informáticas para reconstruir cómo nacen, evolucionan y envejecen las estrellas de neutrones y comprobar si ese recorrido puede reproducir lo que los astrónomos observan actualmente.
“Por ello, es esencial modelar de forma unificada los distintos tipos de estrellas de neutrones aisladas y sus posibles conexiones evolutivas, lo que permite estimar de manera consistente la fracción y el número de magnetares que se forman”, afirma Celsa Pardo Araujo, primera autora del artículo e investigadora predoctoral del ICE-CSIC.
El modelo combina diferentes piezas de este complejo rompecabezas: cómo se distribuyen y se mueven las estrellas dentro de las galaxias, cómo las estrellas de neutrones van perdiendo velocidad de rotación, cómo evolucionan su temperatura y su campo magnético y, además, los sesgos que introducen las propias observaciones.
Porque hay un problema fundamental: los astrónomos no ven todas las estrellas de neutrones que existen. Algunas son demasiado débiles, están demasiado lejos o evolucionan de una manera que dificulta su detección.
Las supernovas son la pista para saber cuántas estrellas de neutrones nacen
Para estimar cuántas estrellas de neutrones deberían existir en la Vía Láctea, los investigadores necesitan conocer primero cuántas nacen.
Aquí entran en escena las supernovas de colapso del núcleo. Se producen cuando estrellas muy masivas, de aproximadamente entre 8 y 25 veces la masa del Sol, agotan el combustible que mantiene su estructura y finalmente colapsan bajo su propia gravedad. El resultado puede ser una estrella de neutrones.
El estudio llega a la conclusión de que la Vía Láctea debe producir más de dos supernovas de este tipo por siglo para que los modelos puedan reproducir el número de estrellas de neutrones que observamos.
Los investigadores calcularon esta tasa mediante dos vías independientes. Una parte del análisis se basa en los restos de supernovas que se han observado en nuestra galaxia; la otra utiliza el número de estrellas de neutrones detectadas.
Ambos métodos conducen a una estimación compatible de la tasa de formación. Y cuando los investigadores incorporan ese dato a su modelo aparece el resultado más llamativo del estudio: los magnetares podrían constituir, en promedio, alrededor de la mitad de todas las estrellas de neutrones.
Es decir, aquello que durante mucho tiempo parecía ser una población excepcional podría ser, en realidad, una de las formas más habituales que adopta una estrella de neutrones.
Los magnetares podrían estar detrás de algunas de las explosiones más violentas del universo
La importancia del resultado va mucho más allá de saber cuántos magnetares hay. Estos objetos se encuentran entre los candidatos principales para explicar algunos de los llamados eventos transitorios: fenómenos astronómicos que pueden liberar enormes cantidades de energía en periodos relativamente breves.
Entre ellos están las ráfagas rápidas de radio, destellos extremadamente intensos de ondas de radio que duran apenas milisegundos; algunas explosiones de rayos gamma, entre los fenómenos más energéticos conocidos, y determinadas supernovas superluminosas, cuyo brillo puede superar ampliamente al de una supernova convencional.
Hasta ahora, una de las dificultades para relacionar estos fenómenos con los magnetares era precisamente su supuesta escasez. Si realmente son mucho más abundantes de lo que se pensaba, el problema cambia.
“Si los magnetares son realmente tan comunes, podrían dar explicación a un número significativo de los objetos transitorios más enérgicos del universo, como las ráfagas de radio rápidas, las explosiones de rayos gamma y las supernovas superluminosas”, señala Celsa Pardo Araujo.
La abundancia estimada por el estudio no demuestra por sí sola que los magnetares sean responsables de todos estos fenómenos. Pero sí proporciona una pieza que hasta ahora faltaba: podría haber suficientes magnetares para desempeñar un papel importante en ellos.
El próximo reto: buscar magnetares fuera de la Vía Láctea
La siguiente pregunta es inevitable: ¿ocurre lo mismo en otras galaxias? Los investigadores plantean extender el modelo desarrollado en este trabajo al entorno extragaláctico. La idea sería comparar cuántos magnetares deberían existir en diferentes galaxias con la frecuencia con la que se observan fenómenos transitorios que podrían estar alimentados por ellos.
“Una extensión natural de este trabajo sería poner a prueba estos resultados en un contexto extragaláctico”, afirma Nanda Rea, investigadora del ICE-CSIC.
Pero hacerlo no será sencillo. Cada galaxia tiene una historia diferente de formación de estrellas y, por tanto, una tasa distinta de nacimiento de estrellas masivas y de supernovas. Para comparar unas galaxias con otras será necesario conocer con bastante precisión esa historia.
Si los resultados se confirman en otros lugares del universo, los magnetares podrían dejar de ser considerados una exótica minoría de las estrellas de neutrones para convertirse en una pieza mucho más común y relevante del paisaje cósmico.
Y eso cambiaría también nuestra interpretación de algunas de las explosiones más poderosas que llegan hasta nosotros desde las profundidades del universo.
