Captan oscilaciones de alta frecuencia en la gigantesca erupción de una estrella de neutrones, con tecnología de la Universitat de València

Un grupo científico internacional, con destacada participación valenciana, ha logrado medir por primera vez oscilaciones en el brillo de una estrella de neutrones –magnetar– durante sus instantes más violentos. En apenas una décima de segundo, el magnetar liberó una energía equivalente a la que produce el Sol en cien mil años. La observación se ha realizado de forma automática, sin intervención humana, gracias a la Inteligencia Artificial de un sistema desarrollado en el Image Processing Laboratory (IPL) de la Universitat de València.

Entre las estrellas de neutrones, objetos que pueden contener medio millón de veces la masa de la Tierra en un diámetro de unos veinte kilómetros, destaca un pequeño grupo con el campo magnético más intenso conocido: los magnetares. Estos objetos, de los que apenas se conocen treinta, sufren violentas erupciones que son aún poco conocidas debido a su carácter inesperado y a su duración de apenas décimas de segundo. Detectarlas supone un reto para la ciencia y la tecnología.

Un equipo científico internacional con destacada participación de la Universitat de València publica hoy en la revista Nature el estudio de la erupción de un magnetar en detalle: han logrado medir oscilaciones –pulsos– en el brillo del magnetar durante sus instantes más violentos. Estos episodios son un componente crucial para comprender las erupciones gigantes de los magnetares. Se trata de una cuestión largamente debatida durante los pasados 20 años que hoy tiene respuesta, si hay oscilaciones de alta frecuencia en los magnetares.

El trabajo cuenta con la contribución de seis investigadores de la Universitat de València y una elevada participación española –15 científicos de un total de 41. “Incluso en un estado inactivo, los magnetares pueden ser cien mil veces más luminosos que nuestro Sol, pero en el caso del destello que hemos estudiado –el GRB2001415– la energía que se liberó es equivalente a la que irradia nuestro Sol en cien mil años”, apunta Alberto J. Castro-Tirado, investigador del IAA-CSIC que encabeza el trabajo.

“La explosión del magnetar, que duró aproximadamente una décima de segundo, la descubrimos el 15 de abril de 2020 en plena pandemia”, comenta Víctor Reglero, catedrático de Astronomía y Astrofísica de la UV, investigador del Image Processing Laboratory (IPL), coautor del artículo y uno de los artífices de ASIM, el instrumento a bordo de la Estación Espacial Internacional que detectó la erupción. “Desde entonces hemos desarrollado una labor de análisis de datos muy intensa, ya que se trataba de una estrella de neutrones de 10**16 Gauss y situada en otra galaxia. ¡Un verdadero monstruo cósmico!”, remarca Reglero.

Piensa la comunidad científica que las erupciones en los magnetares pueden deberse a inestabilidades en su magnetosfera o a una especie de ‘terremotos’ producidos en su corteza, una capa de carácter rígido y elástico de alrededor de un kilómetro de espesor. “Independientemente del desencadenante, en la magnetosfera de la estrella se crea un tipo de ondas –las Alfvén– que son bien conocidas en el Sol y que interactúan entre sí disipando energía”, explica Alberto J. Castro-Tirado.

Según el estudio publicado ahora en Nature, las oscilaciones detectadas en la erupción son consistentes con la emisión que produce la interacción entre las ondas de Alfvén, cuya energía es rápidamente absorbida por la corteza. Así, en unos pocos milisegundos termina el proceso de reconexión magnética y por tanto también los pulsos detectados en GRB2001415, que desaparecieron a los 3.5 milisegundos después del estallido principal. El análisis del fenómeno ha permitido estimar que el volumen de la erupción fue similar o incluso mayor al de la propia estrella de neutrones.

Algoritmos de la Universitat de València consiguen la captura sin intervención humana

La erupción fue detectada por el instrumento ASIM, que se encuentra a bordo de la Estación Espacial Internacional (ISS). ASIM, donde participa la Universitat de València, fue el único de los siete telescopios capaz de registrar la fase principal de la erupción en su rango completo de energía sin sufrir saturaciones. El equipo científico pudo resolver la estructura temporal del evento, una tarea verdaderamente compleja que implicó más de un año de análisis para tan sólo dos segundos durante los cuales se tomaron los datos.

El Atmosphere Space Interactions Monitor (ASIM) es una misión de la ESA desarrollada por Dinamarca, Noruega y España, que está operativa en la ISS desde 2018 bajo la supervisión de los investigadores Torsten Neubert (Technical University of Denmark), Nikolai Ostgaard (University of Bergen, Norway) y Víctor Reglero (Universitat de València, España), que forman el ASIM Facility Science Team.

El objetivo de ASIM consiste en monitorizar los fenómenos violentos de la atmosfera terrestre desde el Óptico a los Rayos Gamma a 40 MeV, actividad que el telescopio lleva a cabo desde junio de 2018 habiendo detectado ya 1000 erupciones de rayos gamma. “Dado que estos fenómenos son impredecibles, ASIM decide de forma completamente autónoma cuándo ha sucedido algo y envía los datos a los diferentes centros del Science Data Center en Copenhague, Bergen y Valencia”, explica Víctor Reglero.

La detección de oscilaciones cuasiperiódicas en GRB2001415 ha supuesto todo un reto desde el punto de vista del análisis de señal. “La dificultad radica en la brevedad de la señal, cuya amplitud decae rápidamente y queda embebida en el ruido de fondo. Y, al tratarse de ruido correlado, resulta difícil distinguir su señal”, detalla Reglero. La inteligencia del sistema que hemos desarrollado en la Universitat de València es la que ha permitido, junto a sofisticadas técnicas de análisis de datos, detectar este espectacular fenómeno.

Aunque estas erupciones se habían detectado ya en dos de los treinta magnetares conocidos en nuestra galaxia y en alguna otra galaxia cercana, GRB2001415 sería la erupción en un magnetar más distante captada hasta la fecha, al hallarse en el grupo de galaxias Sculptor a unos trece millones de años luz. “Visto en perspectiva, ha sido como si el magnetar quisiera indicarnos su existencia desde su soledad cósmica, cantando en los kHz con la fuerza de un Pavarotti de un billón de soles”, relata Reglero.

Según los autores del artículo publicado ahora en Nature, esta erupción ha proporcionado un componente crucial para comprender cómo se producen las tensiones magnéticas dentro y alrededor de una estrella de neutrones. El monitoreo continuo de magnetares en galaxias cercanas ayudará a comprender este fenómeno, y también allanará el camino hacia un mejor conocimiento de las ráfagas de radio rápidas, en la actualidad uno de los fenómenos más enigmáticos de la astronomía.