• Imprimeix

Butlletí RECERCAT
“El model d’espectre d’emissió de púlsars ens ajudarà a entendre millor la física relativista en entorns extrems”

Descobertes fa escassament mig segle, les estrelles de neutrons o púlsars són encara un dels objectes més desconeguts de l’univers. La recent publicació a la revista Nature Astronomy d’un model teòric que n’explica la varietat dels espectres d’emissió de radiació aporta llum sobre la naturalesa d’aquests cossos. En parlem amb l’investigador a càrrec de la recerca, el director de l’Institut de Ciències de l’Espai, professor ICREA i membre de l’Institut d’Estudis Espacials de Catalunya, Diego F. Torres.

18/04/2018 11:04
R137_CENT_Entrevista_Púlsars

Diego F. Torres, professor ICREA i membre de l’Institut d’Estudis Espacials de Catalunya

Les estrelles de neutrons van ser descobertes per la ciència fa relativament poc. ¿En què consisteixen?

Es tracta d’un dels finals possibles en l’evolució de les estrelles massives, que després d’esclatar com a supernoves conserven un romanent compacte que anomenem estrella de neutrons. Bàsicament és una estrella molt densa, de la mida d’una ciutat de 10 quilòmetres de radi, però amb una massa equivalent a la del sol. També presenten un camp magnètic molt intens i d’altres propietats físiques extremes. Aquests cossos roten molt ràpidament i en girar l’intens camp magnètic del seu voltant emet radiació en forma de feixos de llum. Quan aquests feixos, per les lleis de la geometria, es creuen amb la línia de la visual de la Terra es detecten en forma de pics de radiació anàlegs als dels fars, perquè ens en fem una idea gràfica. Com que això té una periodicitat d’acord amb la rotació de l’estrella, se’ls anomena púlsars. Es van descobrir fa només 50 anys, tot i que estaven previstes ja d’abans. Ara en coneixem moltes, en funció de la longitud d’ona de les seves emissions, que és precisament el focus d’atenció del nostre treball.

Una de les incògnites associades als púlsars era fins ara el seu divers rang d’espectre d’emissió de radiació.

Les estrelles de neutrons presenten espectres d’emissió molt variats, sobretot a altes energies de raigs X, però també a freqüències òptiques i cap a la part més energètica de l’espectre electromagnètic, que arriba als raigs gamma. Es dona el fet que fins i tot estrelles que semblen molt similars, amb propietats de període anàlogues, resulta que emeten radiació de forma molt diversa. D’aquí parteix la nostra pregunta: a què responen aquestes diferències i com es genera aquesta varietat? Hem volgut comprendre si a partir d’allò que mesurem en un rang de freqüències érem capaços de predir què veuríem en un altre. Això ens permetria augmentar la possibilitat de detectar nous púlsars, perquè si els detectem en les freqüències captades amb instruments més sensibles o amb capacitat de fer escombrades molt més àmplies, aleshores serà possible predir-los en d’altres rangs de freqüència.

¿El model que heu desenvolupat permet fer aquestes prediccions?

En efecte, en principi sembla que funciona correctament. El nostre model teòric parteix de la definició de només tres o quatre paràmetres físics, a partir dels quals podem explicar tots els espectres d’estrelles de neutrons que es coneixen. Emprant el model hem generat un sistema de predicció a partir de la detecció de púlsars en un determinat rang de freqüències, de forma que ens permeti calcular quines serien les emissions en la resta de rangs. El treball mostra que partint d’observacions en rajos gamma podem predir les estrelles que seran més brillants en raigs X, cosa que ens ha permès ja trobar noves estrelles de neutrons en aquesta banda de l’espectre electromagnètic.

¿Aquest model pot ser una eina per comprendre més profundament fenòmens cosmològics que fins ara se’ns escapaven?

Sobretot pel que fa a física d’altes energies, ja que en sistemes com els de les estrelles de neutrons totes les magnituds són bàsicament extremes. Cal tenir present que estem parlant de plasma en interacció amb camps magnètics que no és possible reproduir en laboratori, perquè les densitats, els valors magnètics i la pròpia acceleració de les partícules involucrades  corresponen a magnituds totalment relativistes. Esperem que el nostre treball ajudi a entendre una mica millor la física relativista en situacions d’entorn extrem.

¿També hi ha vinculació amb la branca quàntica de la física?

No directament, perquè malgrat que estem parlant de situacions que anomenem de camp fort, no hi ha un horitzó d'esdeveniments com en un forat negre.

¿Quines preveu que puguin ser les derivacions del model?

Hi ha dues línies principals de recerca. La primera parteix del fet que el nostre model es desenvolupa a partir de rajos X cap a freqüències més altes. Però també creiem que és possible fer-ho cap a longituds d’ona òptiques a l’abast dels telescopis normals a què estem habituats. La radiació òptica dels púlsars ha estat fins ara força misteriosa, no està ben entesa. Nosaltres creiem que l’extensió del model ens permetrà explicar-la i distingir quins púlsars es podrien veure en telescopis òptics. La segona derivació és un aspecte que el model encara no té incorporat: l’anàlisi de les corbes de llum. Els púlsars, a més de tenir un espectre, en tant que roten també presenten una variació repetitiva de llum. Per poder preveure corbes de llum hem d’estendre el model, una feina teòrica complicada que ara estem duent a terme per poder alhora predir i reproduir allò que veiem com a senyal temporal i com senyal en energia.

 

D.F. Torres. Order Parameters for the high-energy spectra of pulsars.
Nature Astronomy, 2, p. 247-256 (2018). DOI: 10.1038 / s41550-018-0384-5