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Viernes, 25 de septiembre de 2020

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Los púlsares no deberían emitir radiación de altas energías, pero algunos lo hacen

Texto: Jaime Fernández, - 1 JUL 2020 a las 09:20 CET

En el año 1967, la astrofísica Jocelyn Bell Burnell descubrió los púlsares, unas estrellas de neutrones con características fascinantes como su densidad, su alta velocidad de rotación o su campo magnético muy intenso. Muchas de esas peculiaridades todavía no se han podido explicar del todo, a pesar de que ya se han detectado en torno a 2.000 púlsares en nuestra galaxia. A las muchas sorpresas de este tipo de estrellas se suma que de todas las que se han observado, cuatro de ellas, dos en el hemisferio norte y dos en el hemisferio sur, emiten rayos gamma de muy alta energía (hasta un billón de veces la energía de la luz visible), algo que la teoría descartaba. En la primera detección de esa emisión, proveniente del púlsar del Cangrejo, participó el Grupo de Altas Energías (GAE), dentro de la Colaboración MAGIC, integrado en el Instituto de Física de Partículas y del Cosmos (IPARCOS) de la UCM. Detección que se ha confirmado durante la puesta a punto de un telescopio gigante de 23 metros de diámetro que se está poniendo a prueba en el observatorio de La Palma, dentro del proyecto internacional CTA. Marcos López Moya, del Departamento de Estructura de la Materia, Física Térmica y Electrónica, de la Facultad de Ciencias Físicas, codirector del GAE, miembro de IPARCOS y de las colaboraciones MAGIC y CTA, afirma que con este nuevo telescopio se ha confirmado la emisión en tan sólo unas pocas noches de prueba, lo cual es muy interesante porque "aunque muchos modelos teóricos predecían que no era posible que radiación de tan alta energía escapase de ese entorno, sin embargo se ha detectado".

 

Marcos López Moya explica que "un púlsar es un objeto fascinante que para que se entienda, de manera sencilla, es como si cogiéramos toda la masa del Sol y la comprimiéramos al tamaño de una ciudad tipo Madrid, dentro de la M-30, de tal manera que una masa tan grande, concentrada en un sitio tan pequeño, genera campos gravitatorios muy intensos". Además, esa estrella rota a una velocidad increíblemente alta, "es capaz de girar cientos de veces por segundo, lo que hace que tenga efectos relativistas interesantes, y que genere un campo magnético de los más intensos que existen en el Universo".

 

Por lo tanto, en un mismo objeto se juntan campos gravitatorios intensísimos, de los más intensos del Universo, sólo por detrás de los agujeros negros; una velocidad de rotación rapídisima, y unos campos magnéticos fortísimos. Y por si fuera poco, a todo eso hay que unir la emisión de radiación gamma de muy alta energía de al menos cuatro púlsares.

 

MAGIC y CTA

A finales de los años ochenta y principios de los noventa, el grupo de la UCM fue el pionero, junto a unos investigadores alemanes, a la hora de montar un experimento en La Palma, que tiene como objetivo estudiar las fuentes del universo que emiten la radiación más alta. Aclara López Moya que existen "los radiotelescopios, los telescopios ópticos, los telescopios de rayos X y, por fin, los telescopios más extremos que son los de rayos gamma. La cuestión es que la radiación gamma no llega a tierra porque la atmósfera nos protege de ella, pero con estos telescopios se ha conseguido inventar una técnica para verla de forma indirecta, a través de los efectos que producen en la atmósfera".

 

Utilizando los telescopios MAGIC, instalados en La Palma, unos telescopios Cherenkov, capaces de captar los rayos gamma de origen cósmico, los investigadores de la Complutense observaron que el púlsar del Cangrejo curiosamente emitía rayos gamma de muy alta energía. López Moya asegura que había muchos grupos mundiales trabajando durante décadas para intentar lograr esa detección, algo que sólo fue posible desde el observatorio español.

 

De todos modos, esos telescopios "son limitados, permitieron ver esa radiación, descubrir el fenómeno, pero todavía no han permitido comprenderlo, así que la nueva generación de los telescopios CTA tienen, entre una de sus motivaciones principales, encontrar más estrellas de este tipo, más púlsares, para poder compararlos y ver cuáles son las condiciones que hacen que algunos emitan radiación gamma de tan alta energía".

 

CTA, siglas inglesas de Conjunto de Telescopios Cherenkov, es un proyecto, que tras muchas deliberaciones, instalará cuatro telescopios gigantes en La Palma, observando el hemisferio norte, donde sólo se han detectado dos púlsares de este tipo (el segundo saldrá publicado dentro de unas semanas), y López Moya confía en que "gracias a la detección con CTA, se podrá mejorar el conocimiento, porque si con unas pocas noches se ha podido lograr lo que se tardó años, se espera que cuando ya estén los cuatro telescopios construidos se podrán encontrar muchos más púlsares de este tipo para finalmente entender cómo son capaces de emitir rayos gamma a tan alta energía".

 

El CTA-Sur finalmente se va a hacer en Chile, aunque todavía no han empezado la construcción, algo que sí ha ocurrido en La Palma, "gracias al trabajo de asistencia de los grupos españoles que han estado liderando el trabajo para que saliera adelante y poniendo toda la tecnología a punto". Recuerda el complutense que en las primeras reuniones había muy pocas posibilidades de que el CTA-Norte viniese a España, pero "los investigadores, entre ellos los complutenses, trabajaron haciendo simulaciones, para intentar convencer a la comunidad internacional de que era un buen sitio y que merecía la pena ponerlo en España, y además en la isla de La Palma, donde ya hay treinta años de experiencia haciendo este tipo de astrofísica".

 

Los telescopios MAGIC seguirán funcionando un tiempo, hasta que no esté CTA funcionando y construido plenamente, porque "a día de hoy sigue siendo uno de los mejores observatorios del mundo de rayos gamma". Dentro de cinco o seis años, cuando CTA esté a pleno rendimiento se incorporarán y formarán parte de CTA, o se les buscará otro fin.

 

Modelos y teorías

Insiste el profesor complutense en que la mayoría de los modelos teóricos pensaban que los púlsares no podrían emitir rayos gamma de muy alta energía, pero ya se han visto cuatro que sí lo hacen. "Uno de los grandes retos de los telescopios Cherenkov ha sido encontrar un púlsar, tanto por la parte tecnológica, ya que son muy difíciles de detectar, como por la parte científica, porque si consigues detectar uno es que los modelos propuestos no son totalmente válidos, lo que abre un nuevo campo de investigación, además en objetos tan interesantes como estos".

 

Hasta ahora no existen modelos que expliquen completamente cómo emiten estos púlsares rayos gamma hasta tan altas energías, "hay ideas, pero solamente con un par de ejemplos es muy difícil hacer una teoría. Es cierto que en el hemisferio sur se han encontrado otras dos, pero siguen siendo un número muy reducido para esclarecer su funcionamiento".

 

Manejo de datos

En los últimos meses, todo el trabajo se ha tenido que hacer a partir de los datos ya recopilados, debido a la COVID19". López Moya explica que el grupo de la UCM desarrolló el sistema automático de análisis de datos para MAGIC, con un software bastante complejo instalado en los ordenadores de La Palma, y que "automáticamente, analiza todos los datos en cuanto empieza a funcionar el telescopio y lo distribuye a la colaboración internacional". De esa manera, los grupos internacionales que forman parte de MAGIC "parten de esos datos, ya reducidos, analizados, limpiados y calibrados, para sacar sus resultados científicos".

 

Ahora se está desarrollando un sistema similar para los telescopios CTA, y aunque todavía no está a pleno rendimiento, la idea es que haga lo mismo que con MAGIC, que "automáticamente analice los datos y los distribuya a los grupos para que la gente ahorre tiempo y no tenga que hacer las tareas más pesadas de cribado de datos y la conversión de esos datos que toma el telescopio, que son los datos en crudo, a datos de utilidad científica".

 

En el grupo de investigación de la UCM implicado en este trabajo están involucrados cinco profesores, cada uno encargándose de una tarea, y también varios investigadores y estudiantes, algunos de procedencia extranjera, porque "se intenta que el grupo siempre sea muy internacional, en concreto ahora hay estudiantes de doctorado de Vietnam, de Alemania y de Ecuador más dos españoles". 

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