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Señales de radio para pesar planetas

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Ilustración que muestra al Sol, la Tierra y Júpiter -que 
orbitan un centro de gravedad común- y 4 púlsares
Esta ilustración muestra al Sol, la Tierra y Júpiter -que
orbitan un centro de gravedad común- y cuatro púlsares.

Encontrar la masa de otros planetas es complicado, y por lo general se realiza midiendo la órbitas de sus lunas o de las naves espaciales cuando los sobrevuelan. Pero un grupo internacional de astrónomos ha encontrado una nueva forma para 'pesar' planetas, y ahora han evaluado la masa de sistemas planetarios completos usando señales de radio provenientes de púlsares. "Esta es la primera vez que alguien ha pesado sistemas planetarios completos, planetas con sus lunas y anillos", dijo el jefe del equipo Dr. David Champion del Instituto Max Planck de Radio Astronomía en Bonn, Alemania. "Y hemos proporcionado una verificación independiente de los resultados anteriores, lo que es importante para la ciencia planetaria".
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Descubren un nuevo púlsar con ordenadores de voluntarios

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Los ordenadores de algunos de los cientos de miles de voluntarios que ceden sus equipos dentro del proyecto de colaboración computacional "Einstein@Home" han permitido descubrir un nuevo y raro púlsar en la Vía Láctea. Los datos los ha proporcionado el Observatorio de Arecibo.

Fotografía del Radiotelescopio de Arecibo
Radiotelescopio de Arecibo, Puerto Rico.
Los ciudadanos Chris y Helen Colvin, de Ames (Iowa, EE.UU.), y Daniel Gebhardt, de la Universidad de Mainz (Musikinformatik, Alemania) han sido los tres voluntarios del proyecto Einstein@Home a los que se les ha reconocido "oficialmente" el descubrimiento de un nuevo púlsar en la Vía Láctea. Pero los tres forman parte de un grupo mucho mayor que ceden la capacidad de sus equipos cuando no están trabajando.

Sus ordenadores, junto con otros 500.000 de todo el mundo, analizan datos para Einstein@Home, que utiliza tiempo donado de los ordenadores de las casas y las oficinas de 250.000 voluntarios de 192 países diferentes (como promedio los donantes aportan dos ordenadores por persona).
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Detectar ondas gravitacionales usando púlsares

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Décadas de observaciones de púlsares usando el radiotelescopio Lovell en Jodrell Bank podrían ayudar a los astrónomos a localizar las buscadas ondas gravitacionales.

Vista esquemática de un púlsar.
Los púlsares son estrellas de neutrones altamente magnéticas que rotan sobre sí mismas cientos de veces por segundo y que emiten un haz de radiación, que sólo se puede observar cuando se dirige hacia la Tierra. A medida que gira, su emisión se mueve a través de nuestra línea de visión en pulsos, al igual que la luz de un faro. El intervalo entre los pulsos es muy regular, llendo desde alrededor de 1,4 milisegundos a 8,5 segundos, convirtiéndose en los relojes cósmicos naturales más precisos conocidos en el Universo. Sin embargo, evidencia reciente sugiere que con el tiempo los púlsares disminuyen su rotación, lo que reduce su utilidad como herramientas de precisión.

"Los mejores relojes de la humanidad necesitan correcciones, tal vez por los efectos de los cambios de temperatura, presión atmosférica, humedad o el campo magnético local", dice el jefe del equipo Andrew Lyne de la Universidad de Manchester. "Aquí hemos encontrado un potencial que puede significar la corrección de un reloj astrofísico".

Mediante la formación del Telescopio Lovell de 76 metros en el Observatorio Jodrell Bank del Reino Unido en las señales de radio de los púlsares conocidos, los astrónomos han encontrado que los cambios en el giro de los púlsares se relacionan con la forma del pulso. También revelan que no hay uno, sino dos métodos de disminución de rotación, y que los púlsares pueden cambiar entre los dos métodos rápidamente y sin previo aviso. Los dos estados parecen diferir en la cantidad de partículas cargadas que fluyen desde la superficie hacia el espacio, y es visible como un cambio en la rotación del púlsar de tal manera que 'frena' más rápido cuando las corrientes son fuertes y más lento cuando las corrientes son débiles.

Mediciones precisas de la forma del pulso en un momento determinado indican exactamente cuál es la tasa de desaceleración y permiten el cálculo de la 'corrección' de los factores. Se prevé que esta nueva visión permita a los astrónomos utilizar los púlsares de giro más rápido para intentar lograr la primera detección directa de las ondas gravitacionales, 'ondulaciones' en el tejido del espacio tiempo que hasta ahora nunca han sido observadas, pero han sido predichas por Einstein. Se predice que si estas ondas pasaran sobre los pulsares causarían un cambio, pero hasta ahora estos cambios pueden haber sido cubiertos por el irregular tic-tac de los púlsares.

"Muchos de los observatorios de todo el mundo están tratando de utilizar los púlsares con el fin de detectar las ondas gravitacionales que se espera que se produzcan por agujeros negros supermasivos binarios en el Universo", dice el profesor Ingrid. "Con nuestra nueva técnica podemos ser capaces de revelar las señales de ondas gravitatorias que actualmente están ocultas por las irregularidades en la rotación de los púlsares".

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'La mano de Dios'

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Esta fotografía, tomada por el Observatorio Chandra, pertenece a un púlsar que mide 150 años-luz y que luce exactamente como una mano.

No, no estamos hablando del gol anotado por Maradona a Inglaterra en la Copa Mundial de Fútbol de 1986. Nos referimos al púlsar PSR B1509-58 (o B1509), cuya complicada estructura de su nebulosa se asemeja sorprendentemente a una mano. Y algunos, apenas la vieron, le apodaron como 'la mano de Dios', debido a las gigantes proporciones de esta 'mano cósmica'.

Aunque la gran mayoría de los púlsares son antiguos, B1509 se nos muestra joven. La luz de la explosión de supernova que le dio la vida alcanzó la Tierra por primera vez hace unos 1.700 años, mucho antes de la invención del telescopio.

La combinación de su rápida rotación (gira 7 veces por segundo) y campos magnéticos ultra-potentes hace que B1509 sea uno de los generadores electromagnéticos más potentes de la galaxia.

Este verdadero 'dínamo cósmico' lanza un energético viento de electrones e iones fuera de la estrella de neutrones. Cuando los electrones se mueven a través de la nebulosa magnetizada, irradia su energía y crea la complicada nebulosa vista por el Observatorio de Rayos X Chandra. Los rayos X de baja energía aparecen en rojo, los de media en verde, y los de alta energía en azul.

En las regiones más internas, un tenue círculo rodea al púlsar y marca el punto donde el viento es rápidamente frenado por la nebulosa en lenta expansión.

Las estructuras en forma de dedos se extienden hacia el norte, aparentemente dando energía a nudos de material en una nube de gas vecina conocida como RCW 89. La transferencia de energía entre el viento y esos nudos los hacen brillar en rayos X.

PSR B1509-58 se encuentra a unos 17.000 años-luz de distancia en la septentrional constelación Circinus.

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La extraña y súbita aceleración de los púlsares

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A pesar de un nuevo y gran estudio, los "fallos" en los púlsares siguen siendo tan misteriosos como siempre.


Si se observa fijamente unos cuantos púlsares durante el tiempo suficiente, uno de ellos se moverá. Lo que se verá será un súbito salto en la frecuencia de los pulsos de radio que producen. Esto significa que, por alguna razón, el púlsar se ha acelerado.

Los astrónomos llaman "fallos" a estos eventos y son extremadamente raros. En los 40 años transcurridos desde que se descubrieron los púlsares, los astrónomos han encontrado unos 1.800 púlsares pero han registrado apenas 170 fallos en 51 de ellos.

Hoy, estas cifras cambian significativamente con el anuncio de Jian-Ping Yuan y sus colegas de que en los últimos 10 años aproximadamente, el radiotelescopio Nanshan en el Observatorio Urumqi en China ha visto otros 29 fallos en 19 púlsares jóvenes.

Este es un cuerpo de datos significativo. Para los astofísicos, los fallos son importantes debido a que ofrecen una visión única de la dinámica interna de los púlsares, estrellas de neutrones giratorias con un campo magnético tan potente que emiten un rayo de ondas de radio a lo largo del eje del campo magnético.

Debido a una discrepancia entre el eje de rotación de la estrella y el eje del campo magnético, el rayo barre el cielo como un faro. Los astrónomos ven sólo aquellos que apuntan hacia nuestro camino.

Con el tiempo, los púlsares van frenando conforme se disipa su energía por lo que un súbito incremento de la velocidad de rotación es un evento muy extraño. Hay dos teorías para explicar por qué sucede esto:
  • Una es que el cambio en la rotación está causado por un terremoto en la corteza de la estrella, una redistribución de la tensión en la capa exterior de la estrella que se había acumulado cuando el periodo de rotación estelar disminuía.
  • La segunda es que estas tensiones pueden crear vórtices en el interior superfluido de la estrella. El súbito desligue de estos vórtices provoca un incremento en el ritmo de rotación.

Sea cual sea el caso, los fallos nos proporcionan cierta visión de cómo sucede.

Pero aún no. Una característica de estos fallos confirmada en los datos chinos es que son mucho más complejos de lo esperado. Su tamaño, el intervalo entre ellos y el ritmo al cual frenan las estrellas muestran complejos patrones de comportamiento que hasta el momento no pueden explicarse.

Esto significa que el funcionamiento interno de los púlsares sigue siendo un misterio hasta que algún emprendedor astrofísico aparezca con una teoría que explique el complejo comportamiento de los fallos.

Imagen: vista esquemática de un púlsar. La esfera en el centro representa la estrella de neutrones, las curvas indican las líneas de campo magnético y los conos que sobresalen representan las zonas de emisión.
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El día que la Tierra sobrevivió al mayor ataque estelar...

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El ataque llegó de improviso, desde la lejana constelación de Sagitario, a más de 50.000 años luz de distancia. Durante un breve instante, apenas un par de décimas de segundo, el 27 de diciembre de 2004 un invisible estallido de energía, equivalente a medio millón de años de iluminación solar, alcanzó la Tierra casi a la velocidad de la luz. Muchos de nuestros satélites dejaron de funcionar al instante, y las capas superiores de nuestro mundo quedaron instantáneamente ionizadas por el súbito impacto de cantidades masivas de rayos gamma.

La fuente de aquel ataque invisible fue un extraño tipo de estrella de neutrones, un magnetar, conocido como SGR 1806-20 y que se encuentra justo en el extremo opuesto de la Vía Láctea. Los magnetares, un tipo de púlsares que periódicamente expulsan enormes cantidades de energía, poseen campos magnéticos de una extraordinaria intensidad (hasta 1.000 veces mayor que la de un púlsar convencional). Tanto, que resultarían letales para cualquier forma de vida a más de mil km. de distancia.

Hasta ahora, los astrónomos han catalogado más de mil púlsares en nuestra propia galaxia, un número muy pequeño si se compara con los más de cien millones de estrellas de neutrones 'pacíficas' que se estima que contiene la Vía Láctea. Las estrellas de neutrones son los restos materiales (de una densidad enorme) que quedan tras la muerte violenta de una estrella convencional. Algunos de estos oscuros cadáveres estelares giran sobre sí mismos hasta cientos de veces por segundo, emitiendo a cada giro pulsos de energía (de ahí su nombre), que viajan por el espacio en forma de rayos X o gamma.

Sólo una pequeña fracción de las estrellas de neutrones conocidas son púlsares. Y entre ellos sólo unos pocos pertenecen a la categoría de los magnetares. Se cree que éstos son, precisamente, los despojos que quedan tras la muerte de las estrellas más grandes, supergigantes que, sin embargo, no tenían la masa suficiente como para convertirse, al morir, en agujeros negros.

Por fortuna para nuestro planeta, los magnetares más cercanos están lo suficientemente lejos (miles de años luz), como para causarnos graves daños. Si SGR 1806-20 hubiera estado, digamos, a sólo unas decenas de años luz de distancia, aquél 27 de diciembre de 2004 nuestro planeta habría quedado completamente esterilizado en apenas una fracción de segundo.

Sin embargo, no fue ésta la única, ni tampoco la mayor, explosión de energía que los astrónomos han podido observar. Numerosos instrumentos, tanto en tierra como en órbita, escrutan contínuamente el espacio en busca de estos repentinos, imprevisibles y enormemente energéticos estallidos. Y fue utilizando uno de esos instrumentos, el satélite Swift de la NASA, como se detectó, el pasado 19 de marzo de 2008, otra oleada de energía en ruta directa hacia nuestro planeta. De hecho, la mayor que se ha podido ver hasta la fecha. La explosión fue catalogada como GRB 080319B y fue tan intensa y brillante que pudo distinguirse a simple vista desde la Tierra durante cerca de quince segundos.

En un artículo que aparece esta semana en Nature, Judith Racusin, de la Penn State University y otros 92 astrónomos de todo el mundo dan cuenta de sus observaciones, desde 30 minutos antes de producirse la explosión al seguimiento de su brillo durante varios meses después. Y el equipo ha llegado a la conclusión inequívoca de que la oleada de energía que ha provocado se dirige directamente hacia la Tierra al 99,99995% de la velocidad de la luz. Sin embargo, y dada su distancia, no corremos peligro alguno. La estrella responsable de la explosión se encuentra a la increíble distancia de 7.500 millones de años luz de nosotros.


A pesar de ello, cuando los instrumentos del Swift la captaron, quedaron temporalmente cegados por su resplandor. Al principio Racusin creyó que algo había dejado de funcionar en el satélite, y sólo después se dio cuenta de que se encontraba ante el acontecimiento más violento jamás observado por el hombre. Los científicos admiten su consternación ante un fenómeno de tal violencia y luminosidad que pudo verse a ojo desnudo a pesar de estar a una distancia tan enorme. Nadie se atreve a pronosticar qué habría sucedido si si la estrella hubiera estado tan 'cerca' de nosotros como la que provocó la oleada energética de diciembre de 2004...
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Hallan el eslabón perdido en la evolución de los púlsares mas veloces

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Se ha descubierto un sistema estelar binario que representa el eslabón perdido de lo que presumiblemente es el proceso que da lugar a las estrellas giratorias más rápidas del universo: los púlsares de milisegundos. Esta pareja parece estar mostrando el proceso de aceleración en acción.

Los púlsares son estrellas de neutrones superdensas, los remanentes de estrellas masivas que estallaron como supernovas. Mientras la estrella gira, sus poderosos campos magnéticos generan rayos de luz y ondas de radio como si fueran focos de un faro barriendo los alrededores. La mayoría de ellas rotan a unas pocas decenas de veces por segundo, disminuyendo su velocidad con el transcurrir de los milenios.

Sin embargo, algunos, los púlsares de milisegundos, rotan centenares de veces por segundo. Los astrónomos creen que la rápida rotación es causada por una estrella compañera que descarga materia sobre la estrella de neutrones y la hace girar más rápido. El material de la estrella compañera formaría un disco plano giratorio alrededor de la estrella de neutrones, y, durante este período, las ondas de radio características de un púlsar no podrían ser captadas desde fuera del sistema. A medida que la caída de materia sobre la estrella de neutrones disminuye, hasta cesar, las ondas de radio podrían emerger de nuevo y el objeto podría ser entonces reconocido como un púlsar.

Esta secuencia de eventos es la que al parecer sucedió con un sistema estelar binario, ubicado a unos 4.000 años luz de la Tierra. El púlsar de milisegundos en este sistema, llamado J1023 y que gira 592 veces por segundo, fue descubierto por el radiotelescopio GBT en 2007.

Poco después, los astrónomos constataron que el objeto ya había sido detectado por el radiotelescopio VLA durante un gran estudio del firmamento en 1998, y que también fue observado en luz visible por el programa SDSS (Sloan Digital Sky Survey) en 1999, siendo catalogado como una estrella parecida al Sol.
una tarea muy difícil.

Edad de los púlsares
Púlsar de milisegundos, junto a su compañera. (Foto: NASA/Dana Berry)
Cuando se observó nuevamente en 2000, el objeto había cambiado de manera espectacular, mostrando evidencias de un disco de material giratorio rodeando la estrella de neutrones: un disco de acreción. Para Mayo de 2002, la evidencia de este disco había desaparecido.

Después de un largo estudio, ahora se presentan las conclusiones definitivas, que confirman la sospecha de que este púlsar se encuentra en el proceso descrito de aceleración de su rotación.

Las observaciones indican que la compañera de la estrella de neutrones tiene menos de la mitad de la masa del Sol y orbita alrededor de la estrella de neutrones una vez cada 4 horas y 45 minutos.

Así pues, este sistema es un "laboratorio cósmico" sin igual para estudiar el desarrollo de los púlsares de milisegundos.

En el estudio, han intervenido Anne Archibald, de la Universidad McGill en Montreal, Canadá, Ingrid Stairs de la Universidad de la Columbia Británica, también de Canadá, y Maura McLaughlin, de la Universidad de Virginia Occidental, de EE.UU.
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