El nacimiento de un monstruo magnético

Las estrellas de neutrones son los vestigios compactos de una estrella masiva luego de la explosión de una supernova, y son la materia más densa del Universo. Algunas de estas estrellas, conocidas como magnétares, también reclaman el récord de contar con los campos magnéticos más fuertes de cualquier objeto. Con apenas 15 kilómetros de diámetro los magnétares forman y producen colosales campos magnéticos, lo cuál sigue siendo un misterio para los científicos.

Sin embargo, observaciones recientes realizadas por un equipo de astrónomos, incluyendo André-Nicolas Chené de NOIRLab de NSF, pueden entregar información importante sobre el origen de estas poderosas fuentes magnéticas. Con la ayuda de varios telescopios alrededor del mundo, incluyendo el Telescopio de Canada-Francia-Hawai‘i (CFHT) en Maunakea [1], los científicos identificaron un nuevo tipo de objeto astronómico que corresponde a una estrella de helio magnética y masiva (una variante inusual de una estrella Wolf-Rayet), la que podría ser una precursora de un magnétar.

“Por primera vez, se descubrió un fuerte campo magnético en una estrella masiva de helio, y nuestro estudio sugiere que esta estrella de helio terminará su vida como un magnétar”, precisó Chené.

A pesar de que fueron observadas durante más de un siglo por los astrónomos, poco se sabía sobre la verdadera naturaleza de esta estrella, conocida como HD 45166, además de tratarse de una estrella rica en helio, algo más masiva que el Sol y que es parte de un sistema binario.

“Esta estrella se convirtió en una especie de obsesión para mí”, expresó Tomer Shenar, un astrónomo de la Universidad de Amsterdam y autor líder del estudio que fue publicado en la revista Science. Luego de estudiar anteriormente estrellas similares ricas en helio, Shenar estaba intrigado sobre las características inusuales de HD 45166, que tiene algunos rasgos de estrellas Wolf-Rayet, pero con una firma espectral única. Entonces, supuso que los campos magnéticos podrían explicar estas características desoncertantes: “Recuerdo experimentar un momento Eureka mientras leía la literatura: ‘¿Qué pasa si la estrella es magnética’”, se preguntó.

Shenar, Chené, y sus colaboradores se propusieron probar esta hipótesis realizando nuevas observaciones espectroscópicas de este sistema estelar con el telescopio CFHT. Estas observaciones revelaron que esta estrella tiene un campo magnético fenomenalmente poderoso de cerca de 43.000 gauss [2], el más potente jamás encontrado en una estrella masiva. Mediante el estudio de sus interacciones con su estrella compañera, el equipo pudo hacer estimaciones precisas de su masa y edad.

Los investigadores especulan que a diferencia de otras estrellas de helio que eventualmente evolucionan a partir de una supergigante roja, esta estrella en particular se formó probablemente por la fusión de un par de estrellas de masa intermedia.

“Este es un escenario muy específico y plantea la pregunta de cuántos magnétares provienen de sistemas similares y cuántos de otros tipos de sistemas”, precisó Chené.

En unos pocos millones de años, HD 45166, que se encuentra a 3.000 años luz de distancia en la constelación de Monoceros (el Unicornio), explotará como una supernova muy brillante, pero no tan energética. Durante esta explosión, su núcleo se va a contraer, atrapando y concentrando las ya abrumadoras líneas de campo magnético de la estrella. El resultado será una estrella de neutrones con un campo magnético de cerca de 100 billones de gauss, convirtiéndose en el imán más poderoso del Universo.

“Creemos que los candidatos más probables de convertirse en magnétares pueden provenir de las estrellas más masivas” adelantó Chené. “Lo que nos muestra esta investigación es que las estrellas que son menos masivas, aún pueden convertirse en un magnétar si las condiciones son las adecuadas para ello”, concluyó. 

Más Información

[1] El equipo también usó datos de archivo tomadas con el espectrógrafo FEROS ubicado en el Observatorio La Silla, de ESO en Chile.

[2] Gauss es una unidad de medida de la inducción magnética, también conocida como densidad de flujo magnético (una medida de la fuerza magnética). El campo magnético polar típico del Sol es de 1 a 2 gauss, mientras que las manchas solares pueden alcanzar una fuerza de campo magnético de alrededor de 3.000 gauss. 

Referencia: Shenar, T., Wade, G., Marchat, P., et al. 2023, A massive helium star with a sufficiently strong magnetic field to form a magnetar, Science, DOI 10.1126. 

NOIRLab de NSF (Laboratorio Nacional de Investigación en Astronomía Óptica-Infrarroja de NSF), el centro de EE. UU. para la astronomía óptica-infrarroja en tierra, opera el Observatorio internacional Gemini (una instalación de NSF, NRC–Canada, ANID–Chile, MCTIC–Brasil, MINCyT–Argentina y KASI – República de Corea), el Observatorio Nacional de Kitt Peak (KPNO), el Observatorio Interamericano Cerro Tololo (CTIO), el Centro de Datos para la Comunidad Científica (CSDC) y el Observatorio Vera C. Rubin (operado en cooperación con el National Accelerator Laboratory (SLAC) del Departamento de Energía de Estados Unidos (DOE). Está administrado por la Asociación de Universidades para la Investigación en Astronomía (AURA) en virtud de un acuerdo de cooperación con NSF y tiene su sede en Tucson, Arizona. La comunidad astronómica tiene el honor de tener la oportunidad de realizar investigaciones astronómicas en Iolkam Du’ag (Kitt Peak) en Arizona, en Maunakea, en Hawai‘i, y en Cerro Tololo y Cerro Pachón en Chile. Reconocemos y apreciamos el importante rol cultural y la veneración que estos sitios tienen para la Nación Tohono O’odham, para la comunidad nativa de Hawai‘i y para las comunidades locales en Chile, respectivamente.

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• Artículo de investigación