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Domingo, octubre 2, 2022

Misterioso plasma interestelar revelado por centelleantes púlsares

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codeimg jpg 5 - Misterioso plasma interestelar revelado por centelleantes púlsares

Ilustración artística de un púlsar. Crédito: Carl Knox, Universidad OzGrav-Swinburne


Ocasionalmente, los púlsares, remanentes de estrellas que giran rápidamente y parpadean como un faro, muestran variaciones extremas en el brillo. Los astrofísicos predicen que estos breves estallidos de brillo ocurren porque las regiones densas de la luz interestelar plasma (el gas caliente entre las estrellas) dispersan las ondas de radio emitidas por el púlsar. Sin embargo, todavía no sabemos de dónde provienen las fuentes de energía necesarias para formar y mantener estas regiones de plasma denso. Para comprender mejor estas formaciones interestelares, se requieren observaciones más detalladas de su estructura a pequeña escala. Una vía prometedora para esto está en el centelleo o "parpadeo" de los púlsares.

Cuando las ondas de radio de un púlsar son dispersadas por el plasma interestelar, las ondas separadas interfieren y crean un patrón de interferencia en la Tierra. A medida que la Tierra, el púlsar y el plasma se mueven entre sí, este patrón se observa como variaciones de brillo en el tiempo y en la frecuencia: el espectro dinámico. Esto es centelleo o "parpadeo". La dispersión y el parpadeo se producen en pequeñas regiones del plasma gracias a la naturaleza puntual de las señales de los púlsares. Siguiendo el procesamiento especializado de la señal del espectro dinámico, podemos observar vívidas características parabólicas conocidas como arcos de centelleo que están relacionados con la imagen de la radiación dispersa del púlsar en el cielo.


Un púlsar en particular, llamado J1603-7202, sufrió una dispersión extrema en 2006. Esto lo convierte en un objetivo interesante para examinar estas regiones de plasma denso. Sin embargo, aún no se ha determinado la trayectoria del púlsar mientras orbita alrededor de otra estrella compacta llamada enano blanco en una órbita frontal, y los astrónomos no tienen métodos alternativos para medirlo en esta situación. Afortunadamente, los arcos de centelleo tienen un doble propósito: sus curvaturas están relacionadas con la velocidad del púlsar, así como con la distancia al púlsar y al plasma. La forma en que cambia la velocidad del púlsar a medida que orbita depende de la orientación de la órbita en el espacio. Por lo tanto, en el caso del púlsar J1603-7202, calculamos los cambios en la curvatura de los arcos a lo largo del tiempo para determinar la orientación.

Las medidas que obtuvimos para la órbita del púlsar J1603-7202 son una mejora significativa en comparación con los análisis anteriores. Esto demuestra la viabilidad del centelleo para complementar métodos alternativos. Medimos la distancia al plasma y mostramos que era alrededor de las tres cuartas partes de la distancia al púlsar, desde la Tierra. Esto no parece coincidir con las posiciones de ninguna estrella conocida o nube de gas interestelar. Los estudios de centelleo de púlsares a menudo exploran estructuras como esta, que de otro modo serían invisibles. La pregunta, por lo tanto, permanece abierta: ¿cuál es la fuente del plasma que dispersa la radiación del púlsar?

Finalmente, utilizando nuestra medición de órbita, podemos estimar la masa del compañero orbital de J1603-7202. Se calculó que tenía aproximadamente la mitad de la masa del Sol. Cuando se considera junto con la órbita altamente circular de J160-7202, esto implica que el compañero probablemente sea un remanente estelar compuesto de carbono y oxígeno, un hallazgo más raro alrededor de un púlsar que los remanentes más comunes a base de helio.


Como ahora poseemos un modelo casi completo de la órbita, actualmente es posible transformar las observaciones de centelleo de J1603-7202 en imágenes dispersas en el cielo y mapear el plasma interestelar a escalas del Sistema Solar. La creación de imágenes de las estructuras físicas que causan la dispersión extrema de las ondas de radio puede darnos una mejor comprensión de cómo se forman regiones tan densas y del papel que juega el plasma interestelar en la evolución de las galaxias.

Escrito por el estudiante de doctorado Kris Walker (ICRAR-UWA) y el Dr. Daniel Reardon (Universidad OzGrav-Swinburne).

Referencia: "Propiedades de eventos de dispersión extrema y dinámica orbital a partir de observaciones de centelleo a largo plazo de PSR J1603−7202" por Kris Walker, Daniel J. Reardon, Eric Thrane y Rory Smith, 28 de junio de 2022, The Astrophysical Journal.
DOI: 10.3847/1538-4357/ac69c6

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