Menos de un año después del lanzamiento, las observaciones de una estrella de neutrones realizadas por el Imaging X-ray Polarimetry Explorer (IXPE) de la NASA han llevado a la confirmación de lo que los científicos solo habían teorizado anteriormente: las magnetares tienen campos magnéticos ultrafuertes y están altamente polarizadas.
Los científicos utilizaron IXPE para observar la magnetar 4U 0142+61, una estrella de neutrones ubicada en la constelación de Casiopea, a unos 13.000 años luz de la Tierra. Esta es la primera observación de polarización de rayos X de una magnetar, una estrella de neutrones con los campos magnéticos más poderosos del universo.
Los astrónomos descubrieron que la estrella de neutrones probablemente tiene una superficie sólida y carece atmósfera. Esta es la primera vez que los científicos han podido concluir de manera fiable que una estrella de neutrones tiene una corteza sólida desnuda, un hallazgo que se ha podido lograr gracias a las mediciones de polarización de rayos X de IXPE.
La polarización es una propiedad de la luz que nos da información sobre los campos eléctricos y magnéticos interconectados que componen todas las longitudes de onda de la luz. Estos campos oscilan, o vibran, en ángulo recto en relación con la trayectoria de viaje de la luz. Cuando sus campos eléctricos vibran en una sola dirección unificada, decimos que la luz está polarizada.
Los astrónomos también encontraron que el ángulo de polarización depende de la energía de las partículas de luz, con luz de alta energía en un ángulo de polarización de 90 grados en comparación con la luz de baja energía.
“Descubrimos que el ángulo de polarización oscila exactamente 90 grados, siguiendo lo que los modelos teóricos predecían si la estrella tuviera una corteza sólida rodeada por una magnetosfera externa llena de corrientes eléctricas”, dijo Roberto Taverna de la Universidad de Padua, autor principal del nuevo estudio en la revista Science.
Los científicos se sorprendieron al saber que los niveles de energía pueden afectar la polarización.
“Según las teorías actuales de las magnetares, esperábamos detectar la polarización, pero nadie predijo que la polarización dependería de la energía, como estamos viendo en esta magnetar”, dijo Martin Weisskopf, científico emérito de la NASA que dirigió el equipo IXPE desde el inicio de la misión hasta la primavera de 2022.
Créditos: Roberto Taberna.
Además, la polarización a bajas energías indica que el campo magnético es tan inimaginablemente poderoso que podría haber convertido la atmósfera alrededor de la estrella de neutrones en sólida o líquida.
“Este es un fenómeno conocido como condensación magnética”, dijo el presidente del grupo de trabajo temático de magnetares del IXPE, Roberto Turolla, de la Universidad de Padua y el University College London.
Si las magnetares y otras estrellas de neutrones tienen atmósferas continúa siendo un tema de debate.
Gracias a las mediciones de polarización de rayos X, los astrofísicos ahora pueden verificar el grado de polarización y su ángulo de posición al probar los parámetros de los modelos de emisión de rayos X. Los hallazgos de las observaciones de IXPE ayudarán a los astrónomos de rayos X a comprender mejor la física de objetos extremos como magnetares y agujeros negros.
“Más allá de la magnetar 4U 0142+61, el IXPE se está utilizando para estudiar una amplia gama de fuentes de rayos X extremos, y se están obteniendo muchos resultados interesantes”, dijo Fabio Muleri, científico del proyecto italiano IXPE del INAF-Institute for Astrophysics and Planetology en Roma.
Para Weisskopf, está claro que las observaciones de IXPE han sido fundamentales.
“En mi opinión, no puede haber dudas de que el IXPE ha demostrado que la polarimetría de rayos X es importante y relevante para mejorar nuestra comprensión de cómo funcionan estos fascinantes sistemas de rayos X”, dijo. “Las futuras misiones tendrán que ser conscientes de este hecho”.
IXPE se basa en los descubrimientos del Observatorio de rayos X Chandra de la NASA y otros telescopios espaciales al medir la polarización de la luz de rayos X.
Como parte de la serie de misiones Small Explorer de la NASA, el IXPE se lanzó en un cohete Falcon 9 desde el Kennedy Space Center de la NASA (en Florida) en diciembre de 2021. Ahora orbita a aproximadamente 595 kilómetros sobre el ecuador de la Tierra. La misión es una asociación entre la NASA y la Agencia Espacial Italiana, con socios y colaboradores científicos en 13 países. Ball Aerospace, con sede en Broomfield, Colorado, gestiona las operaciones de la nave espacial.
Edición: R. Castro.