Un púlsar es un objeto astronómico que produce una señal periódica que varía desde el orden de un milisegundo hasta unas pocas decenas de segundos. Sería una estrella de neutrones que gira muy rápidamente sobre sí misma (período típico del orden de un segundo , o incluso mucho menos de púlsares de milisegundos ) y que emite una fuerte radiación electromagnética en la dirección de su eje magnético .
Atestiguado de 1969, El masculino sustantivo pulsar ( pronunciado en francés : /pyl.saʁ/ ) fue tomado del Inglés púlsar , un baúl palabra con el mismo significado, creado a partir de la locución de estrella pulsante ( adecuadamente "pulsante estrella"), compuesto por pulsante (" vibrante ") y estrella (" estrella ").
El neologismo se atribuyó primero a la americana astrónomo y astrofísico Frank Drake que habría propuesto que tan pronto como sea Abril de 1968, pero resulta que apareció antes, primero en una entrevista con el astrónomo británico Antony Hewish en The Daily Telegraph of5 de marzo de 1968.
Esta palabra proviene del hecho de que, cuando fueron descubiertos, estos objetos fueron inicialmente interpretados como estrellas variables sujetas a pulsaciones muy rápidas. Rápidamente se demostró que esta suposición era incorrecta, pero el nombre se mantuvo.
La abreviatura PSR significa fuente pulsante de radio (emisión) , propiamente "fuente pulsante de ondas de radio".
El eje magnético de una estrella de neutrones no está generalmente, como la Tierra , no perfectamente alineado con su eje de rotación , la región de emisión corresponde en un momento dado a un haz, que barre a lo largo del tiempo un cono debido a la rotación del estrella. Un púlsar se le indica a un observador distante en forma de una señal periódica, el período correspondiente al período de rotación de la estrella. Esta señal es extremadamente estable, porque la rotación de la estrella también lo es, sin embargo, se ralentiza muy ligeramente con el tiempo.
Los púlsares son el resultado de la explosión de una estrella masiva al final de su vida, un fenómeno llamado supernova (más precisamente una supernova que colapsa el núcleo , la otra clase de supernova, supernovas termonucleares que no dejan residuos compactos). No todas las supernovas que colapsan el corazón dan a luz púlsares, y algunas dejan un agujero negro . Si una estrella de neutrones tiene una vida útil prácticamente infinita, el fenómeno de emisión característico de un púlsar generalmente solo ocurre durante unos pocos millones de años, después de lo cual se vuelve demasiado débil para ser detectado con las tecnologías actuales.
Los púlsares fueron descubiertos accidentalmente en 1967 por Jocelyn Bell (ahora Jocelyn Bell-Burnell) y su supervisor de tesis Antony Hewish . En el Laboratorio Cavendish de la Universidad de Cambridge , estudiaron los fenómenos de centelleo refractivo en la radio de campo y, por lo tanto, necesitaron un dispositivo que midiera los cambios en una señal de radio durante cortos períodos de tiempo (una fracción de segundo). El instrumento permitió detectar la variación periódica de objetos que, una vez considerados, en broma, como fuentes de señales de comunicación emanadas de una inteligencia extraterrestre, resultaron ser púlsares, el primero de ellos con el nombre de PSR B1919 + 21 (o CP 1919 en ese momento). Siete años más tarde, el Premio Nobel de Física , el primer Premio Nobel de investigación en astronomía, fue otorgado a Hewish y su colaborador Martin Ryle , por su trabajo pionero en el campo de la radioastrofísica . Aunque la Fundación Nobel destacó el papel decisivo de Hewish en el descubrimiento de los púlsares, no reconoció a Jocelyn Bell como la co-descubiertora del nuevo objeto astronómico. Parte de la comunidad astronómica creía que Bell solo había dado cuenta, en su trabajo de tesis, de un fenómeno que no había comprendido. Otros científicos, incluido Fred Hoyle , han expresado su indignación por lo que creen que es una injusticia.
El descubrimiento de los púlsares permitió el importante desarrollo de muchas disciplinas de la astrofísica , desde las pruebas de la relatividad general y la física de la materia condensada hasta el estudio de la estructura de la Vía Láctea , pasando bien, seguro por supernovas . El estudio de un púlsar binario , el PSR B1913 + 16 , permitió por primera vez resaltar la realidad de la radiación gravitacional predicha por la relatividad general, y también fue galardonado con el Premio Nobel de Física ( Russell Alan Hulse y Joseph Hooton Taylor , en 1993 ).
Debido a que la emisión de un púlsar está confinada a un cono, una gran cantidad de púlsares no son observables desde la Tierra, porque este último no está ubicado en el cono barrido por el haz de muchos púlsares. No obstante, en la actualidad se conocen más de 2.000 púlsares (2007), casi todos ellos localizados en la Vía Láctea o algunos de sus cúmulos globulares , los otros, muy pocos, localizados en la Vía Láctea dos Nubes de Magallanes . Incluso un púlsar tan enérgico como el púlsar más energético conocido (el púlsar del Cangrejo, también llamado PSR B0531 + 21 ) sería a priori indetectable si se observara desde la galaxia de Andrómeda (M31), también la Vía Láctea y las nubes de Magallanes. las únicas galaxias donde parece posible estudiar estos objetos con las tecnologías actuales.
Existe una amplia variedad de tipos de púlsar (púlsares de radio, púlsares X, púlsares X anormales , magnetares , púlsares de milisegundos ), cuyas propiedades dependen esencialmente de su edad y su entorno.
Los púlsares fueron descubiertos en 1967 por Jocelyn Bell y Antony Hewish en Cambridge, por lo que utilizaron un telescopio para estudiar el centelleo de los quásares . Encontraron una señal muy regular, que consiste en pulsos cortos de radiación que se repiten con mucha regularidad (el período de 1.337 301 192 segundos se midió posteriormente con muy alta precisión). La aparición muy regular de la señal abogaba por un origen artificial, pero se excluyó un origen terrenal porque el tiempo que tardó en reaparecer fue un día sideral y no un día solar , lo que indica una posición fija en la esfera celeste , algo imposible para un artificial. satélite .
Este nuevo objeto fue bautizado CP 1919 por "Cambridge Pulsar a las 19 h 19 de ascensión recta " y hoy se denomina PSR B1919 + 21 por "Pulsar a las 19 h 19 en ascensión recta y + 21 ° de declinación " . Jean-Pierre Luminet indica que “cuando estos extraordinarios objetos fueron descubiertos en 1967, ciertos astrónomos primero creyeron que eran señales artificiales emitidas por inteligencias extraterrestres , porque la regularidad de la pulsación parecía sobrenatural” : el primer púlsar fue bautizado así “ LGM-1 ”- y así sucesivamente para los siguientes: LGM-2, etc. - para Little Green Men -1 ( literalmente, " little green men -1"). Después de mucha especulación, se aceptó que el único objeto natural que podría ser responsable de esta señal era una estrella de neutrones que giraba rápidamente. Estos objetos aún no se habían observado en ese momento, pero su existencia como producto de la explosión de una estrella masiva al final de su vida no estaba en duda. El descubrimiento del púlsar PSR B0531 + 21 dentro de la Nebulosa del Cangrejo (M1), resultado de la histórica supernova SN 1054 descrita abundantemente por astrónomos del Lejano Oriente (China, Japón) completó la identificación entre púlsares y estrellas de neutrones.
La población de púlsares se enriquece gradualmente con nuevos objetos, algunos de los cuales tienen propiedades atípicas. Por lo tanto, el primer púlsar binario , es decir, parte de un sistema binario, se descubrió en 1974 . Tenía la notable propiedad de tener como compañera a otra estrella de neutrones, formando con él un sistema binario en una órbita extremadamente cerrada, al punto que la gravitación universal no permite explicar los detalles de la órbita del púlsar, revelados por las modulaciones. de los tiempos de llegada de la emisión pulsada de estos objetos. La alta precisión de las mediciones permitió a los astrónomos calcular la pérdida de energía orbital de este sistema, que se atribuye a la emisión de ondas gravitacionales . En 2004 se descubrió un sistema aún más notable , el púlsar doble PSR J0737-3039 . Este sistema está formado por dos estrellas de neutrones, las cuales se ven como púlsares. Forman el sistema de estrellas de neutrones más estrecho conocido hasta la fecha, con un período orbital de aproximadamente dos horas. Aún más notable, la inclinación de este sistema es muy baja (el sistema casi se ve en su plano orbital ), hasta el punto de que ocurre un fenómeno de eclipse durante unas decenas de segundos durante la revolución del sistema. Este eclipse no se debe al enmascaramiento del púlsar de fondo por la superficie del de primer plano, sino al hecho de que los púlsares están rodeados por una región fuertemente magnetizada, la magnetosfera , sede de complejos fenómenos electromagnéticos. Es probable que esta magnetosfera evite la propagación de la radiación del púlsar de fondo, ofreciendo la oportunidad única de estudiar la estructura de la magnetosfera de estos objetos.
En la década de 1980 , se descubrieron púlsares de milisegundos que, como su nombre indica, tienen períodos de unos pocos milisegundos (típicamente entre 2 y 5 ). Desde 1982, el púlsar PSR B1937 + 21 tenía la frecuencia de rotación más alta. Su frecuencia de rotación fue de 642 Hz . Durante el mes deenero de 2006, Una publicación ha informado de la detección de un púlsar llamado PSR J1748-2446AD (Ter5ad o para abreviar, el púlsar está situado dentro del globular Terzan 5 (in) ) y la frecuencia de rotación s 'se eleva a 716 Hz . La búsqueda de los púlsares de rotación más rápida es de gran interés para el estudio de estos objetos. De hecho, su período máximo de rotación está directamente relacionado con su tamaño: cuanto menor es su tamaño, mayor puede ser su velocidad máxima de rotación, esto porque la velocidad de rotación de un objeto está limitada por el hecho de que la fuerza centrífuga no puede exceder la fuerza de la gravedad. , de lo contrario el objeto perdería espontáneamente la masa localizada en sus regiones ecuatoriales. La fuerza centrífuga experimentada por las regiones ecuatoriales aumenta con el tamaño del objeto, mientras que su gravedad superficial disminuye. Un objeto que gira muy rápido es, por tanto, un signo de un objeto intrínsecamente pequeño, que puede permitir que se fije su estructura interna, siendo una estrella de neutrones muy pequeña un signo no de un objeto poco masivo, sino de un objeto muy compacto .
Los púlsares generalmente se observan más fácilmente en la radio. Sin embargo, su detección requiere cierto cuidado. De hecho, la velocidad de propagación de las ondas de radio es ligeramente inferior a la de la luz debido a la densidad muy baja, pero no nula, del medio interestelar . Los cálculos indican que esta velocidad de propagación depende de la longitud de onda de observación. Como resultado, el tren de pulsos de un púlsar llegará desplazado de una frecuencia a otra, lo que se denomina medida de dispersión . Si uno observa en una banda de frecuencia demasiado ancha, entonces el cambio de los tiempos de llegada puede volverse mayor que el período del púlsar, y se pierde la emisión periódica de éste. Por tanto, para detectar un púlsar es necesario observar bandas de frecuencia muy estrechas. El problema es entonces que la densidad de flujo recibida es muy baja. En la práctica, el problema se resuelve observando varias bandas de frecuencia y viendo si logramos combinarlas en una señal periódica una vez que se asume la presencia de dispersión.
La siguiente tabla enumera las principales operaciones dedicadas en uno de los grandes radiotelescopios terrestres para detectar púlsares.
Observatorio | Investigación de frecuencia ( MHz ) |
Canales y ancho de banda (MHz) |
Muestreo ( ms ) |
Sensibilidad ( mJy ) |
Región cubierta | Número de púlsares descubiertos |
Año y referencias |
---|---|---|---|---|---|---|---|
Molonglo | 408 | 4 | - | - | - | 31 | 1968 , 1969 |
Jodrell Bank | 408 | 4 | 40 | 10 | 0 ° < l <40 ° | b | <10 ° |
31 | 1970 |
Arecibo | 430 | 8 | 5,6 | - | 35 ° < l <75 ° y 170 ° < l <75 ° | b | <4 ° |
31 | 1974 , 1975 |
Molonglo | 408 | 4 | 10 | - | δ <20 ° | 155 | 1978 |
Banco Verde | 408 | dieciséis | dieciséis | - | δ > 20 ° | 23 | mil novecientos ochenta y dos |
Banco Verde | 390 | dieciséis | dieciséis | 2 | δ <-18 ° | 34 | 1985 |
Banco Verde | 390 | 8 | 2 | 3 | 3,725 grados cuadrados | 20 | 1986 |
Jodrell Bank | 1400 | 40 | 2 | 1 | -5 ° < l <95 °, | b | <1 ° y 95 ° < l <105 °, | b | <0,6 ° |
40 | 1992 |
Parkes | 1500 | 80 y 320 | 0.3 y 1.2 | 2.5 y 1.0 | 270 ° < l <20 ° | b | <10 ° |
46 | 1992 |
Arecibo | 430 | 10 | 0,25 | 0,2 | 9,128 grados cuadrados | 19 | 1995 |
Parkes | 436 | 32 | 0,3 | 3 | Cielo meridional completo | 101 | 1996 |
Arecibo | 430 | 8 | 0,25 | 0,5 | 680 grados cuadrados | 12 | 1996 |
Arecibo | 430 | 8 | 0,2 y 0,3 | 0,7 | 960 grados cuadrados | 12 | 1996 |
Parkes | 1374 | 96 × 3 | 0,125 | 0,5 | 260 ° < l <50 ° 5 ° <| b | <10 ° |
69 | 2001 |
Parkes | 1374 | 96 × 3 | 0,25 | 0,17 | 260 ° < l <50 ° | b | <5 ° |
700 | 2001 , 2002 , 2003 |
Los pulsos observados son producidos por la radiación de la estrella de neutrones en rotación. Debido a que la radiación no es isótropa , la rotación de la estrella provoca una modulación temporal de la misma. La interpretación es que los procesos de radiación están relacionados con el campo magnético de la estrella de neutrones y el eje del campo magnético no está alineado con su eje de rotación. Así, la radiación, que parece probable que esté centrada en los polos magnéticos de la estrella, se emite en un momento dado en forma de dos haces en direcciones opuestas. Estos dos rayos barren el espacio debido a la rotación de la estrella de neutrones, describiendo un cono de cierto espesor.
La evidencia más convincente del escenario anterior es que la estrella de neutrones se comporta como un dipolo magnético giratorio de esta manera. Es probable que dicha configuración pierda energía debido a su rotación, por lo que el período de las señales del púlsar debe alargarse con el tiempo. Este fenómeno de desaceleración de los púlsares se observa de hecho casi sistemáticamente en estos objetos. Más precisamente, es posible predecir la forma exacta de la desaceleración observada de los púlsares. Por un lado, es posible comparar la edad deducida de la observación de la desaceleración con la edad real del púlsar cuando se conoce a este último (como para el púlsar del Cangrejo), por otro lado, la ley de lo temporal. La evolución del período de rotación del púlsar debe depender de un parámetro llamado índice de frenado , cuyo valor esperado es 3 . Desafortunadamente, este índice es bastante difícil de medir (solo se puede demostrar en unos pocos años en púlsares jóvenes), pero el valor encontrado suele ser relativamente cercano a 3 , aunque casi sistemáticamente más bajo que este valor. El motivo de esta discrepancia no se conoce bien en la actualidad.
El fenómeno de la desaceleración del púlsar provoca un lento aumento en el período P de un púlsar, que se ve que aumenta lentamente con el tiempo. Este aumento se anota tradicionalmente (pronunciado punto P , o punto P en inglés ), la derivada temporal de una cantidad física generalmente se anota con un punto por encima de dicha cantidad. El tiempo característico con el que aumenta el período es del orden de la edad del púlsar. Dado que la mayoría de estos objetos son detectables durante varios millones de años, la tasa de aumento en el período de un púlsar es extremadamente lenta. Incluso si esta tasa de aumento es relativamente fácil de demostrar (en solo unas pocas horas de observación), el hecho es que los púlsares pueden verse como relojes naturales extraordinariamente estables, cuya estabilidad a largo plazo es comparable a la de los mejores relojes atómicos terrestres. .
El diagrama de puntos PP revela varios tipos de púlsar.
A partir de un período inicial de rotación indudablemente muy rápida (unas pocas decenas de milisegundos, incluso solo unos pocos milisegundos), los púlsares se ralentizan lentamente. De vez en cuando, observamos variaciones muy repentinas aunque pequeñas en esta velocidad de rotación, un fenómeno llamado glitch . Una interpretación de este fenómeno fue que el púlsar tenía que ajustar regularmente la forma de su corteza sólida debido a la desaceleración de su rotación, la corteza tenía que ser cada vez más esférica. Por tanto, hablamos de “starquake”, aunque el término “ crustquake ” es más apropiado ( starquake o crustquake en inglés , por analogía con terremoto que significa “ terremoto ”). Esta interpretación es compatible con las observaciones de ciertos púlsares, pero choca con el comportamiento de otros púlsares, en particular el de Vela. Ahora se ha establecido que, al menos para algunos púlsares, el fenómeno de falla se debe a un acoplamiento complejo entre la corteza sólida de la estrella de neutrones y su núcleo, que es superfluido . Un modelo ingenuo describe así la estrella de neutrones como compuesta de dos capas, la corteza y el corazón, que ven cómo su rotación se disocia repentinamente antes de que la viscosidad se sincronice nuevamente, como una carga de huevo a la que se imparte un movimiento de rotación. La rotación de la cáscara del huevo, al principio muy rápida, se ralentiza a medida que las fuerzas viscosas arrastran la yema y la clara del huevo a la misma velocidad que la cáscara (inicialmente solo gira la cáscara y, por conservación del momento angular , la rotación general de la configuración de equilibrio donde todo está en rotación síncrona es más lento que donde solo el caparazón está en rotación).
Los púlsares se han utilizado en composiciones musicales por su aspecto metronómico, destacando Le noir de l'Etoile de Gérard Grisey (1990), o Pulstar , de Vangelis , en su álbum Albedo 0.39 .
La portada del álbum Unknown Pleasures (1979) del grupo Joy Division representa las ondas del primer púlsar descubierto (el púlsar CP 1919 ).
Los púlsares son el núcleo del juego de mesa Pulsar 2849 (2017) de Vladimir Suchy.