Els magnetars són restes estel·lars ultradenses amb camps magnètics extremadament potents. Un equip de científics, utilitztant el telescopi espacial Hubble de la NASA i l’Agència Espacial Europea (ESA), han descobert que el magnetar SGR 0501+4516 no va néixer en una supernova propera, tal com es pensava. Es desconeix el lloc de naixement d’aquest objecte, que és el candidat de la nostra galàxia que té més probabilitats de ser un magnetar no nascut d’una supernova. Aquest descobriment, en què participa l’Institut de Ciències de l’Espai (ICE-CSIC), ha estat possible gràcies als instruments sensibles del Hubble, així com les referències precises del telescopi Gaia de l’ESA.
L’any 2008, l’Observatori Swift de la NASA va detectar flaixos breus i intensos de raigs gamma procedents dels límits de la Via Làctia. La font, un objecte anomenat SGR 0501+4516, és un dels només 30 magnetars coneguts a la nostra galàxia.
Un magnetar és un tipus especial d’estrella de neutrons. Les estrelles de neutrons són alguns dels objectes més extrems de l’univers. Aquestes estrelles solen concentrar més massa que la del Sol en una esfera de neutrons d’uns 20 quilòmetres de diàmetre. Aquests objectes exòtics poden mostrar comportaments extrems, com esclats de raigs X i gamma, camps magnètics intensos i rotació ràpida.
“Els magnetars són estrelles de neutrons: restes mortes d’estrelles, compostes completament per neutrons. Són tan pesades i denses que els electrons i protons que formen els àtoms s’han comprimit fins a convertir-se en neutrons. El que fa únics els magnetars és el seu camp magnètic extrem, milers de milions de vegades més potent que els imants més forts que tenim a la Terra”, afirma Ashley Chrimes, autor principal de l’article publicat avui a la revista Astronomy & Astrophysics. Chrimes és investigador postdoctoral de l’Agència Espacial Europea al Centre Europeu de Recerca i Tecnologia Espacial (ESTEC) als Països Baixos.
Es creu que la majoria de les estrelles de neutrons neixen en el col·lapse del nucli d’una supernova. Aquesta espectacular explosió còsmica té lloc quan estrelles molt més massives que el Sol es queden sense combustible per a la fusió nuclear. Les capes exteriors de l’estrella cauen cap a dins i reboten en el nucli col·lapsat en una explosió que pot eclipsar breument una galàxia sencera.
Com que els magnetars són en si mateixos estrelles de neutrons, l’explicació natural per a la seva formació és que també es formin en supernoves. Aquest semblava ser el cas del SGR 0501+4516, situat molt a prop d’un romanent de supernova anomenat HB9. La separació entre el magnetar i el centre del romanent de supernova és només de 80 minuts d’arc, és a dir, lleugerament més ampla que un dit petit vist des del final d’un braç estès.
No obstant això, una década d’estudi amb el telescopi Hubble va posar en dubte el lloc de naixement del magnetar. Després de les primeres observacions amb telescopis terrestres poc després del descobriment del SGR 0501+4516, els investigadors i investigadores van aprofitar la gran sensibilitat i orientació constant del Hubble per detectar la tènue resplendor infraroja del magnetar els anys 2010, 2012 i 2020. Cadascuna d’aquestes imatges es va alinear amb un marc de referència definit per les observacions del telescopi Gaia de l’ESA, que ha creat un mapa tridimensional extraordinàriament precís de gairebé dos mil milions d’estrelles de la Via Làctia. Aquest mètode va revelar el subtil moviment del magnetar a mesura que es desplaçava pel cel. Aquest treball demostra que Hubble i Gaia de l’ESA poden revelar misteris mai vistos quan treballen conjuntament.
“Tot aquest moviment que mesurem és menor que un sol píxel d’una imatge del Hubble”, afirma el coinvestigador Joe Lyman, de la Universitat de Warwick (Regne Unit). “Poder fer aquestes mesures fermament és un testimoni de l’estabilitat a llarg termini de Hubble”, afegeix.
Seguint un magnetar a través de la Via Làctia
En rastrejar la posició del magnetar, l’equip va poder mesurar el moviment aparent de l’objecte pel cel. Tant la velocitat com la direcció del moviment del SGR 0501+4516 van demostrar que el magnetar no podia estar associat amb el romanent de supernova proper. En seguir la trajectòria del magnetar milers d’anys enrere, es va veure que no hi havia cap altres romanents de supernova ni cúmuls estel·lars massius amb els quals es pogués associar.
Si el SGR 0501+4516 no es va originar en el romanent de supernova HB9, el magnetar ha de ser molt més antic que la seva suposada edat de 20.000 anys, o s’ha d’haver format d’una altra manera. Els magnetars també podrien formar-se per la fusió de dues estrelles de neutrons de baixa massa o mitjançant un procés anomenat col·lapse induït per acreció. Aquest procés requereix un sistema estel·lar binari que contingui una nana blanca: el nucli cristal·litzat d’una estrella morta semblant al Sol. Si la nana blanca absorbeix gas de la seva estrella companya, pot arribar a ser tan massiva que no pugui sostenir-se, provocant una explosió o, possiblement, la creació d’un magnetar.
“Normalment, aquest escenari provoca la ignició de reaccions nuclears i l’explosió de la nana blanca, sense deixar res enrere. Tot i això, s’ha teoritzat que, en certes condicions, la nana blanca pot col·lapsar i convertir-se en una estrella de neutrons. Pensem que potser fos així com va néixer SGR 0501”, afegeix Andrew Levan, de la Universitat de Radboud (Països Baixos) i la Universitat de Warwick (Regne Unit).
SGR 0501+4516 és actualment el millor candidat a magnetar de la nostra galàxia ,que podria haver-se format mitjançant una fusió o un col·lapse induït per acreció. Els magnetars formats per aquest mecanisme podrien explicar alguns dels misteriosos senyals còsmics anomenats ràfegues ràpides de ràdio, que són flaixos breus però potents d’ones de ràdio. En particular, aquest escenari podria explicar l’origen de ràfegues ràpides de ràdio que sorgeixen de poblacions estel·lars massa antigues com per haver format recentment estrelles amb la massa suficient per explotar com a supernoves.
“Les taxes de naixement de magnetars i els escenaris de formació es troben entre les preguntes més persistents a l’astrofísica d’altes energies, amb implicacions per a molts dels esdeveniments transitoris més potents de l’univers, com les explosions de raigs gamma, les supernoves superlluminoses i les ràfegues ràpides de ràdio”, afirma Nanda Rea, investigadora de l’ICE-CSIC I de l’Institut d’Estudis Espacials de Catalunya a Barcelona (Espanya).
L’equip de recerca té previstes més observacions amb el telescopi Hubble per estudiar l’origen d’altres magnetars a la Via Làctia, cosa que ajudarà a comprendre com es formen aquests objectes extrems.
Article de referència a Astronomy & Astrophysics: https://www.aanda.org/10.1051/0004-6361/202453479
Representació artística d’una estrella de neutrons. Crèdits: ESA.