El Instituto de Física Corpuscular (IFIC), centro mixto del consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC) y la Universitat de València (UV), participa en un importante avance para detectar un tipo de estrellas de neutrones, uno de los objetos más densos del universo, difíciles de identificar por otros medios como telescopios de radio o rayos gamma de baja energía, pero visibles mediante sus emisiones extendidas de rayos gamma de muy alta energía.

La investigadora del IFIC Sara Coutiño de León colidera un estudio que ha observado una estructura característica en las señales emitidas por púlsares de mediana edad, un tipo particular de estrella de neutrones. Esta estructura, en forma de halos, permitiría detectar poblaciones de púlsares que podrían pasar desapercibidos con los métodos tradicionales de observación. El hallazgo se publica en Physical Review Letters.

Una estrella de neutrones es el remanente de una estrella mucho más masiva que el Sol después de una explosión de supernova. Este resto es densísimo, y en algunos casos se comporta como un púlsar, emitiendo pulsos regulares de radiación electromagnética. Si sus haces de radiación apuntan hacia la Tierra durante su rotación, los detectamos como pulsos regulares de luz, motivo por el cual se les conoce como púlsares. Es como si una linterna giratoria se encendiera y apagara periódicamente al pasar frente a nosotros.

Los púlsares son aceleradores naturales de partículas que convierten la energía en rotación de una estrella de neutrones en energía cinética de las partículas. "En un púlsar joven, las partículas cargadas que éste acelera quedan atrapadas en su campo magnético. Pero al alcanzar una edad de decenas de miles de años (entre 20.000 y 100.000 años), este campo se debilita y permite que las partículas escapen al medio interestelar. Allí, al interactuar con campos de radiación circundante, producen los llamados rayos gamma, la luz más energética del universo", explica Sara Coutiño, investigadora del CSIC en el IFIC y una de las autoras principales del trabajo.

Revelar púlsares ocultos

Ahora, la colaboración internacional que opera el observatorio de rayos gamma HAWC (High-Altitude Water Cherenkov), ha identificado una estructura característica en forma de halos en torno a algunos púlsares, observable en la emisión de rayos gamma de muy alta energía. El resultado del estudio, señala que estos rayos gamma, deducidos a partir de las partículas detectadas por HAWC desde su ubicación a más de 4.000 metros de altura sobre el nivel del mar en México, podrían originarse en partículas aceleradas por púlsares que escapan al medio interestelar e interactúan con la radiación circundante.

En 2017, el observatorio HAWC fue el primero en descubrir la existencia de halos de rayos gamma de muy alta energía (los llamados TeV halos) alrededor de dos púlsares. Este hallazgo pionero abrió nuevas preguntas sobre el origen de estos halos y su posible presencia en otros sistemas similares. Desde entonces, la colaboración HAWC ha investigado si estos halos son fenómenos excepcionales o si representan una característica común en púlsares de mediana edad. En este nuevo estudio, se analizaron 36 púlsares de este tipo, demostrando estadísticamente que la presencia de estos halos podría ser un rasgo generalizado en esta población de objetos.

“Muchos púlsares de mediana edad no son fácilmente detectables en radio, rayos X o incluso en rayos gamma menos energéticos. Por ello, detectar este tipo de halos permite revelar una población de púlsares ocultos que de otro modo pasarían desapercibidos”, resume la investigadora del CSIC. “Aunque el mecanismo físico de la producción de halos aún sigue siendo un tema abierto, los resultados de este trabajo respaldan la hipótesis de que estos halos podrían ser comunes, lo que constituye un paso importante hacia la comprensión de su origen y prevalencia. Además de su potencial para revelar púlsares ocultos, el estudio de halos de rayos gamma también ofrece una oportunidad única para entender cómo aceleran y propagan los rayos cósmicos en el medio interestelar, un proceso clave en la astrofísica de altas energías”.

Referencia: Extended TeV halos may commonly exist around middle-aged pulsars