Púlsares: los relojes del universo

Los púlsares son uno de los objetos más desconocidos del universo, pero lo que sí sabemos es que su periodo de oscilación puede resultar más preciso que incluso nuestros mejores relojes atómicos. Fueron descubiertos hace varias décadas por Jocelyn Bell, una brillante investigadora a la que se privó del premio Nobel dado a su entonces supervisor.

 

Era agosto de 1967 cuando una joven estudiante de doctorado de la Universidad de Cambridge, en Reino Unido, detectó una señal nunca antes vista. Esta señal consistía en un intenso pulso en ondas de radio que se repetía exactamente cada 1,33 segundos. Ella era Jocelyn Bell y lo que había descubierto era el primer púlsar, una clase completamente nueva de objeto astronómico.

Sin embargo durante los primeros meses tras este sorprendente descubrimiento se valoró fuertemente la posibilidad de que su origen fuera extraterrestre. Al fin y al cabo no se conocía ningún fenómeno astronómico que pudiera emitir una señal con una periodicidad tan exacta ni tan corta. De hecho esta señal recibió el nombre informal de LGM-1, a raíz de las iniciales de “little green men” (“pequeños hombrecitos verdes” en inglés), en referencia a la concepción popular del aspecto que podrían tener unos seres extraterrestres. En diciembre del mismo año se detectó otra señal con las mismas características, lo cual permitió descartar el origen alienígena.

Pero entonces surgía la pregunta: ¿cuál era el orígen astrofísico de estas señales tan peculiares? Se venía proponiendo ya desde hacía unos años que las estrellas de neutrones, que se forman tras la muerte de las estrellas masivas en forma de supernova, podían albergar intensos campos magnéticos, que emitirían grandes cantidades de radiación. Además estas estrellas podrían llegar a rotar muy rápidamente, con periodos de un segundo o menos, debido a la conservación del momento angular.

Esta conservación del momento angular es la misma que hace que si empiezas a dar vueltas con los brazos extendidos, aceleres cuando recojas los brazos y los cierres. A día de hoy sabemos que efectivamente este es el origen de estas señales descubiertas por Jocelyn Bell en 1967. La explicación del origen de este fenómeno otorgó a Anthony Hewish, el supervisor de la tesis doctoral de Bell durante la cual hizo sus importantes observaciones, parte del premio Nobel de física de 1974. Premio que injustamente no compartió con la auténtica protagonista de este descubrimiento, por decisión del comité seleccionador de la Academia de Ciencias sueca.

Durante la explosión de supernova se alcanzan temperaturas y presiones tan altas, que los electrones y protones presentes en el núcleo de la estrella son capaces de combinarse, superando con ello la barrera creada por la interacción fuerte, para dar lugar a neutrones, emitiendo neutrinos en el proceso. Esto acelera la compresión de la estrella en un efecto cascada que termina creando un compacto núcleo formado enteramente por neutrones y un rebote de las capas externas, lo que se conoce propiamente como la explosión de supernova. El objeto que queda detrás, lo que llamamos estrella de neutrones, es un astro de apenas unos diez kilómetros de diámetro, pero con densidades similares a las de un núcleo atómico (y mil millones de veces mayores que las de una enana blanca) y una masa comparable a la del Sol.

El nombre de estrella de neutrones puede resultar confuso, pues aunque este objeto está efectivamente compuesto de neutrones, no es realmente una estrella. Las estrellas se caracterizan porque en su interior tienen lugar reacciones de fusión nuclear que mantienen a la estrella viva, en un delicado equilibrio entre la gravedad, que intenta comprimirla, y el calor generado, que intenta expandirla. En las estrellas de neutrones no hay ningún proceso de fusión nuclear sucediendo y su brillo y alta temperatura son remanentes del violento proceso que las creó, pero nada más.

Como comentábamos antes, la conservación del momento angular hará que, de una estrella de cientos de miles o millones de kilómetros de diámetro con una rotación relativamente lenta, pasemos a un objeto de apenas unos kilómetros de tamaño con rotaciones rapidísimas. Esta compresión y esta rotación crea además unos campos magnéticos billones de veces más intensos que el de nuestro planeta Tierra. Son precisamente estos campos magnéticos los que son capaces de acelerar partículas a altísimas velocidades, siendo emitidas en sendos chorros cónicos que salen despedidos en direcciones opuestas. Si la rotación de la estrella de neutrones hace que uno de estos chorros apunte directamente a la Tierra podremos observar la radiación emitida con un periodo igual al de la rotación de la estrella. Este es el origen de los cientos de púlsares que conocemos a día de hoy en nuestra galaxia, y de aquél primer pulsar observado por Jocelyn Bell hace más de 50 años.

El periodo de un púlsar es tan estable en el tiempo, que se pueden considerar como los relojes del universo, llegando a ser más precisos que nuestros relojes atómicos. De hecho, se cree que el periodo de un pulsar tan solo llegará a retrasarse del orden de un segundo por cada millón de años. Esto permite caracterizarlos muy detalladamente según su periodo de rotación y fue la base por la que se utilizó el periodo y la posición de catorce púlsares cercanos para indicar la posición del sistema solar en las placas que viajan a bordo de las sondas Pioneer y Voyager. Placas destinadas, idealmente, a posibles seres alienígenas.

José Luis Oltra de perfil

José Luis Oltra (Cuarentaydos)

Soy físico de formación y viajero de vocación. Divulgo ciencia allí donde me lo permiten, aunque principalmente en youtube y tiktok bajo el nombre de Cuarentaydos. Por aquí me verás hablando de la física del universo, desde las galaxias y estrellas más grandes hasta las partículas subatómicas que las componen.

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