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Misterioso plasma interestelar revelado por púlsares parpadeantes

Ocasionalmente, los púlsares, restos de estrellas que giran rápidamente y parpadean como un faro, muestran variaciones extremas en el brillo. Los astrofísicos predicen que estas ráfagas cortas de brillo ocurren porque las regiones densas de plasma interestelar (el gas caliente entre las estrellas) dispersan las ondas de radio emitidas por el púlsar. Sin embargo, todavía no sabemos de dónde provienen las fuentes de energía necesarias para formar y mantener estas densas regiones de plasma. Para comprender mejor estas formaciones interestelares, se requieren observaciones más detalladas de su estructura a pequeña escala. Una vía prometedora para esto está en el centelleo, o “centelleo”, de los púlsares.

Ilustración artística de un púlsar. Crédito: Carl Knox, Universidad OzGrav-Swinburne
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Cuando las ondas de radio de un púlsar son dispersadas por el plasma interestelar, las ondas separadas interfieren y crean un patrón de interferencia en la Tierra. A medida que la Tierra, el púlsar y el plasma se mueven entre sí, este patrón se observa como variaciones de brillo en el tiempo y en la frecuencia: el espectro dinámico. Esto es centelleo, o “centelleo”. La dispersión y el centelleo ocurren en pequeñas regiones del plasma gracias a la naturaleza puntual de las señales de púlsar. Siguiendo el procesamiento especializado de la señal del espectro dinámico, podemos observar vívidas características parabólicas conocidas como arcos de centelleo que están relacionadas con la imagen de la radiación dispersa del púlsar en el cielo.

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Un púlsar en particular, llamado J1603-7202, sufrió una dispersión extrema en 2006. Esto lo convierte en un objetivo emocionante para examinar estas densas regiones plasmáticas. Sin embargo, la trayectoria del púlsar aún no se ha determinado, ya que orbita otra estrella compacta llamada enana blanca en una órbita frontal, y los astrónomos no tienen métodos alternativos para medirla en esta situación. Afortunadamente, los arcos de centelleo tienen un doble propósito: sus curvaturas están relacionadas con la velocidad del púlsar, así como con la distancia al púlsar y al plasma. La forma en que cambia la velocidad del púlsar a medida que orbita depende de la orientación de la órbita en el espacio. Por lo tanto, en el caso del púlsar J1603-7202, calculamos los cambios en la curvatura de los arcos a lo largo del tiempo para determinar la orientación.

Las mediciones que obtuvimos para la órbita del púlsar J1603-7202 son una mejora significativa en comparación con los análisis anteriores. Esto demuestra la viabilidad del centelleo en la suplementación de métodos alternativos. Medimos la distancia al plasma y mostramos que era aproximadamente tres cuartas partes de la distancia al púlsar, desde la Tierra. Esto no parece coincidir con las posiciones de ninguna estrella conocida o nubes de gas interestelar. Los estudios de centelleo de púlsares a menudo exploran estructuras como esta, que de otro modo serían invisibles. La pregunta, por lo tanto, permanece abierta: ¿cuál es la fuente del plasma que dispersa la radiación del púlsar?

Finalmente, utilizando nuestra medición de órbita, podemos estimar la masa del compañero orbital de J1603-7202. Se calculó que era aproximadamente la mitad de la masa del Sol. Cuando se considera junto con la órbita altamente circular de J160-7202, esto implica que el compañero es probablemente un remanente estelar compuesto de carbono y oxígeno, un hallazgo más raro alrededor de un púlsar que los restos más comunes a base de helio.

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Como ahora poseemos un modelo casi completo de la órbita, actualmente es posible transformar las observaciones de centelleo de J1603-7202 en imágenes dispersas en el cielo y mapear el plasma interestelar a escalas del Sistema Solar. La creación de imágenes de las estructuras físicas que causan la dispersión extrema de las ondas de radio puede darnos una mejor comprensión de cómo se forman tales regiones densas y del papel que desempeña el plasma interestelar en la evolución de las galaxias.

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Referencia: “Orbital Dynamics and Extreme Scattering Event Properties from Long-term Scintillation Observations of PSR J1603−7202” por Kris Walker, Daniel J. Reardon, Eric Thrane y Rory Smith, 28 de junio de 2022, The Astrophysical Journal.

DOI: 10.3847/1538-4357/ac69c6

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