Misteriosos estallidos de radiación podrían provenir de ‘terremotos’ en estrellas de neutrones

Las misteriosas y rápidas explosiones de radiación que barren la Tierra podrían ser el resultado de terremotos en “estrellas muertas” o estrellas de neutrones. Esta conexión podría ayudar a los científicos a comprender mejor los terremotos aquí en nuestro planeta.

Descubiertas por primera vez en 2007, las ráfagas rápidas de radio (FRB) son invisibles para los ojos humanos, pero pueden detectarse mediante radiotelescopios. Se acercan a la Tierra desde fuentes extragalácticas, viajan a través de miles de millones de años luz y son tan poderosos que pueden eclipsar a toda la galaxia de la que emergen. 

Sin embargo, a pesar de este increíble poder (y del hecho de que podrían aparecer hasta 10.000 FRB en el cielo de la Tierra cada día), la fuente de los FRB sigue siendo desconocida, en parte porque a menudo duran sólo una milésima de segundo.

Los FRB se dividen en dos categorías amplias. Algunos FRB se repiten y otros no, estos últimos representan la gran mayoría de estos estallidos de ondas de radio. Una pista en la misteriosa historia del origen de los FRB implica el hecho de que la distribución de energía de esos FRB que se repiten es similar a lo que vemos en los terremotos. Una nueva investigación realizada por la Universidad de Tokio reforzó estas similitudes, sugiriendo que los FRB pueden ser causados ​​por “terremotos” en la superficie de las estrellas de neutrones.

¿Qué tiembla en las estrellas de neutrones? 

Las estrellas de neutrones ciertamente coinciden con la naturaleza extrema de los FRB. Nacen cuando estrellas masivas agotan el suministro de combustible utilizado para sus procesos intrínsecos de fusión nuclear y, por lo tanto, arrojan sus capas externas en explosiones de supernova al final de su vida. Esto deja tras de sí un núcleo estelar con una masa entre una y dos veces la del Sol, que colapsa hasta alcanzar una anchura de unas 12 millas (20 kilómetros).

Este rápido colapso tiene tres efectos principales. 

En primer lugar, crea materia tan densa que un solo terrón de azúcar pesaría alrededor de mil millones de toneladas si pudiera traerse a la Tierra. En segundo lugar, aumenta el giro de las estrellas de neutrones, de forma similar a como un patinador sobre hielo tira de sus brazos mientras gira para acelerar. Eso permite que algunos de estos restos estelares giren a una velocidad de hasta 700 veces por segundo. Y finalmente, el colapso “aplasta” las líneas del campo magnético de la estrella progenitora, amplificando su fuerza y ​​creando algunos de los campos magnéticos más poderosos del universo conocido. 

Las estrellas de neutrones jóvenes con campos magnéticos excepcionalmente fuertes se llaman magnetares y hasta ahora se han relacionado con la emisión de FRB.

Se teoriza que los terremotos ocurren cuando la superficie de una estrella de neutrones experimenta un cambio repentino, similar a un terremoto aquí en la Tierra. Se ha sugerido que una posible causa es la tensión formada por la torsión de esos campos magnéticos excepcionalmente fuertes. 

“En teoría, se consideraba que la superficie de un magnetar podría estar experimentando un terremoto, una liberación de energía similar a los terremotos en la Tierra”, dijo en un comunicado el miembro del equipo e investigador del Departamento de Astronomía de la Escuela de Graduados en Ciencias Tomonori Totani. “Los recientes avances observacionales han llevado a la detección de miles de FRB más, por lo que aprovechamos la oportunidad para comparar los ahora grandes conjuntos de datos estadísticos disponibles para FRB con datos de terremotos y erupciones solares para explorar posibles similitudes”.

El equipo examinó el tiempo y las energías de emisión de alrededor de 7.000 ráfagas FRB repetidas, aplicando el mismo método empleado para examinar la correlación tiempo-energía tanto de terremotos como de erupciones solares . Esto mostró una correlación notable entre los FRB y los terremotos, pero no entre los FRB y las erupciones solares.

Según Totani, el equipo descubrió que había cuatro similitudes principales entre los FRB y los terremotos. En primer lugar, la probabilidad de que ocurra una réplica para un solo FRB y un terremoto parece estar entre el 10% y el 50%. En segundo lugar, la velocidad a la que se producen las réplicas parece disminuir con el tiempo, como una potencia del tiempo. Además, añadió el investigador, la tasa de réplicas siempre es constante incluso si la tasa promedio de actividad sísmica del FRB cambia significativamente. Finalmente, el equipo no encontró correlación entre las energías del choque principal de ambos eventos y la réplica de ese evento.

Todo esto indicó al equipo que las estrellas de neutrones tienen una corteza sólida y que cuando se producen terremotos a través de ellas, liberan enormes cantidades de energía, que vemos como FRB. Para confirmar esto completamente, el equipo tiene la intención de continuar analizando nuevos datos de FRB a medida que vayan llegando. 

“Al estudiar los terremotos en estrellas ultradensas distantes, que son entornos completamente diferentes a los de la Tierra, podemos obtener nuevos conocimientos sobre los terremotos”, dijo Totani. “El interior de una estrella de neutrones es el lugar más denso del universo, comparable al interior de un núcleo atómico. Los terremotos en estrellas de neutrones han abierto la posibilidad de obtener nuevos conocimientos sobre la materia de muy alta densidad y las leyes fundamentales de física nuclear.”

La investigación del equipo fue publicada este mes en la revista Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.