Un púlsar d'energia descomunal posa en dubte les teories astrofísiques actuals

11/04/2012

El púlsar al cor de la Nebulosa del Cranc bull d'energia. Els telescopis MAGIC a l'illa canària de La Palma l'han confirmat després detectar-ho en raigs gamma d’entre 25 i 400 GeV, un rang d’energies que estava pràcticament inexplorat fins ara. MAGIC ha trobat que els senyals que emet aquest estel arriben fins a energies tan altes com 400 GeV, entre 50 i 100 vegades més del que prediu la teoria. Això ha deixat perplexos als científics, perquè podria apuntar a un procés astrofísic encara desconegut.

L'estrella de neutrons que alberga la Nebulosa del Cranc és un dels púlsars més famosos. Rota al voltant del seu eix 30 vegades per segon i té un camp magnètic de 100 milions de tesles. Aquest camp magnètic és un bilió de vegades més intens que el del nostre planeta. El púlsar, que està a 6000 anys-llum de la Terra, en la constel·lació de Taure, és el motor de la Nebulosa del Cranc, que l'envolta. Tant el púlsar com la nebulosa són les restes d'una explosió de supernova que va tenir lloc l'any 1054 i que va arribar a ser tan brillant que es veia durant el dia.

Què és un púlsar?

Les estrelles de neutrons són objectes extraordinàriament densos amb masses similars a les del Sol, però amb només uns 10 km de diàmetre. El període de rotació d'un púlsar és extremadament ràpid i estable: un "dia" en un púlsar pot durar entre 1 mil·lisegon i diversos segons. Mentre gira, l'estrella de neutrons genera contínuament partícules carregades, sobretot electrons i positrons (electrons amb càrrega positiva). Aquestes partícules viatgen al llarg de les línies de camp magnètic, que al seu torn roten a la mateixa velocitat que el púlsar. Les partícules produeixen un feix molt estret de radiació en gran part de l'espectre electromagnètic, des de les ones de ràdio fins als raigs gamma. Quan aquest feix creua la Terra durant un breu instant, veiem una espurna de radiació, semblant a veure la llum del far d'un port des de la distància. Per això en diem un púlsar.

Fa uns anys, els telescopis MAGIC van detectar raigs gamma del púlsar del Cranc a energies d'uns 25 GeV, que eren diverses vegades més grans que tot el que s'havia mesurat fins aleshores. Els científics van concloure que aquesta radiació havia de produir-se a una alçada de, com a mínim, 60 km per sobre de la superfície del púlsar, perquè els raigs gamma pateixen una forta absorció en els camps magnètics i desapareixerien a menor alçada, on el camp és molt intens.

Les dades que ha obtingut MAGIC durant els últims dos anys mostren la presència d'emissió polsada fins a energies de 400 GeV, cosa que supera totes les expectatives teòriques. A més els polsos són molt curts: duren menys d'un mil·lisegon. Les teories de púlsars predeien energies màximes molt més baixes i ara s'enfronten a un greu problema.
 
Els astrofísics de MAGIC apunten que podria generar una cascada de partícules en el púlsar, el que podria produir raigs gamma de més alta energia. Una explicació alternativa, publicada recentment a la revista Nature, connecta aquest descobriment amb la física igualment intrigant del vent fosc de partícules que escapa del púlsar i acaba per generar la Nebulosa del Cranc.

Tot i això cap d'aquests models pot explicar ni unes energies tan extremes, ni uns polsos tan curts. Els astrofísics esperen que observacions futures llancin llum sobre aquest nou fenomen. Això ajudaria a comprendre millor aquesta classe d'objectes astronòmics i, en particular, un dels seus exemples més coneguts: el púlsar i la nebulosa del Cranc.
 
El projecte MAGIC
 
MAGIC (Major Atmospheric Gamma-ray Imaging Cherenkov) es troba a l'observatori del Roque de los Muchachos (2200 m d'altitud) a La Palma. Aquest sistema de dos telescopis, cadascun amb un mirall de 17 metres de diàmetre, és l'instrument més gran per a la mesura de raigs gamma de fonts còsmiques a energies d’entre 25 GeV i 50 TeV.

Els raigs gamma penetren en la nostra atmosfera i produeixen allaus de partícules secundàries que emeten radiació de Cherenkov de color blavós. MAGIC mesura els raigs gamma recollint aquesta radiació. MAGIC opera des de 2004 i ha descobert les fonts de raigs gamma de molt alta energia més llunyanes.

MAGIC es va construir per l'esforç coordinat d'una gran col·laboració internacional composada per uns 160 investigadors d'Alemanya, Espanya, Itàlia, Suïssa, Polònia, Finlàndia, Bulgària, Croàcia i Japó. Les següents institucions espanyoles estan activament involucrades: Universitat Complutense de Madrid, Universitat Autònoma de Barcelona, ​​Universitat de Barcelona, ​​Institut de Física d'Altes Energies (IFAE), Institut de Ciències de l'Espai (IEEC-CSIC), Institut d'Astrofísica de Andalusia (IAA-CSIC) i Institut d'Astrofísica de Canàries. MAGIC és finançat pel Ministeri d'Economia i Competitivitat i els projectes Consolider CPAN i Multidark.
Espanya és un dels membres fundadors de MAGIC, i actualment un dels països amb més pes dins de la col·laboració, com prova el fet que en l'actualitat està dirigida per un físic espanyol: Juan Cortina, de l'Institut de Física d’Altes Energies (IFAE) de Barcelona, al campus de la UAB.
Dins del camp dels púlsars, les institucions espanyoles han jugat un paper rellevant, iniciant ja l'any 2000 els primers estudis sobre la recerca de púlsars amb MAGIC. Dos dels autors del treball publicat, Stefan Klepser i Gianluca Giavitto, treballen a l'IFAE i el coordinador del grup de treball de púlsars, Marcos López, pertany al grup de la Universitat Complutense.
 
Publicació original:
 
Col·laboració MAGIC: J. Aleksic et al., Phase-resolved energy spectra of the Crab pulsar in the range 50-400 GeV measured with the MAGIC telescopes”, Astronomy and Astrophysics, 30 de Març de 2012.