Magnetar

Los imanes más potentes conocidos, y el día en que uno destelló a través de la galaxia

Paso a paso

Un imán del tamaño de una ciudad

Un magnetar es una estrella de neutrones con el campo magnético más fuerte conocido. El de SGR 1806-20 es de unos 2×10¹⁵ gauss: cuatro mil billones de veces el de la Tierra.

Una estrella de neutrones es lo que queda cuando se hunde el núcleo de una estrella masiva: unas 1,4 veces la masa del Sol en una bola de unos 24 km. La mayoría tienen campos magnéticos de un billón de veces el de la Tierra. Unas 30 de las cerca de 3000 estrellas de neutrones conocidas los tienen de cien a mil veces más fuertes aún. Se llaman magnetares.

SGR 1806-20, a unos 28.000 años luz en Sagitario, es uno de los más fuertes. Su campo es de unos 2×10¹⁵ gauss. El de la Tierra es de medio gauss, el de un imán de nevera de unos cien, y el del imán estable más potente jamás construido, en el Laboratorio Nacional de Altos Campos Magnéticos de EE. UU., de 455.000.

Tan cerca de un magnetar, los propios átomos se estiran en finas agujas a lo largo del campo. Incluso a 1000 km el campo seguiría siendo de unos miles de millones de gauss, suficiente para deformar los átomos de cualquier ser vivo.

Un giro lento que frena

La mayoría de las estrellas de neutrones jóvenes giran muchas veces por segundo. Los magnetares giran despacio, una vez cada 2 a 12 segundos, porque sus enormes campos actúan como frenos: al girar la estrella, su campo lanza partículas cargadas al espacio, y estas se llevan su giro.

Un campo retorcido

Se cree que dentro el campo es aún más fuerte y está enmarañado. Al abrirse paso hacia fuera, retuerce las líneas de campo sobre la estrella y tensa la corteza sólida en la que están ancladas.

La corteza de una estrella de neutrones es una capa sólida de un kilómetro de grosor, una red de núcleos ricos en hierro mucho más resistente que el acero. El campo magnético la atraviesa y está anclado en ella.

En los magnetares se cree que el campo es aún más fuerte dentro de la estrella, y enmarañado. Con los años se abre paso lentamente hacia fuera, arrastrando la corteza y retorciendo las líneas de campo que forman bucles sobre la superficie. Las líneas retorcidas llevan corrientes eléctricas, y las corrientes calientan la corteza: los magnetares brillan en rayos X más de lo que podría pagar la pérdida de su giro. Los alimenta su magnetismo, no su giro.

La torsión que se ve aquí se dibuja para mostrar la idea, tal como la plantea la explicación más aceptada (Thompson, Lyutikov y Kulkarni 2002). Nadie puede ver el campo en sí.

Terremotos estelares

Cuando la tensión es excesiva, la corteza se agrieta. Cada terremoto estelar sacude el campo y lanza una ráfaga de rayos X y gamma que dura una décima de segundo.

Los magnetares se descubrieron por estas ráfagas. En 1979 los satélites captaron ráfagas breves y repetidas de rayos gamma desde los mismos puntos del cielo, y sus fuentes se llamaron repetidores de rayos gamma suaves: la SGR de SGR 1806-20.

Una ráfaga típica dura una décima de segundo y emite tanta energía como el Sol en días o meses, sobre todo en rayos X. Cuando un magnetar despierta puede lanzar cientos durante semanas y luego callar durante años. La explicación favorita es que la corteza se rompe bajo la tensión del campo, como el suelo en un terremoto, y las líneas de campo sobre ella saltan a una nueva forma y liberan su energía.

La grieta y las ráfagas están dibujadas, seis veces más lentas.

La gran erupción

El 27 de diciembre de 2004, SGR 1806-20 lo soltó todo de golpe. Durante una quinta parte de segundo superó a la Luna llena vista desde la Tierra, a 28.000 años luz: el destello más brillante visto nunca desde fuera del sistema solar.

La gran erupción llegó a la Tierra a las 21:30 UT. Casi todo eran rayos gamma, invisibles al ojo, pero durante una quinta parte de segundo trajo a la Tierra más energía que la luz de la Luna llena (Palmer et al. 2005). Saturó casi todos los detectores de rayos gamma del espacio e incluso alteró la alta atmósfera de la Tierra, la ionosfera.

Se cree que se produjo cuando una gran parte del campo, tensada durante años, se rompió y saltó de golpe a una nueva forma, lanzando una nube de materia a una buena fracción de la velocidad de la luz.

El destello son rayos gamma, dibujados en violeta pálido, unas cinco veces más lentos.

Una cola que late

Tras el destello, una bola de fuego sujeta por el campo brilló unos seis minutos, más fuerte cada vez que el giro de la estrella, cada 7,56 segundos, la volvía hacia nosotros.

El primer destello duró una quinta parte de segundo. Le siguió un brillo más suave que se apagó en unos 380 segundos, subiendo y bajando cada 7,56 segundos: el propio giro de la estrella.

La explicación es una bola de fuego atrapada: una bola de electrones, positrones y rayos gamma a cientos de millones de grados, presa en los bucles cerrados del campo justo sobre la superficie. Su propia presión la haría estallar en un instante; solo un campo tan fuerte puede retenerla. Al enfriarse desde fuera hacia dentro, su brillo se apagó, mientras el giro de la estrella la acercaba y alejaba de la Tierra.

Aquí la bola de fuego se dibuja a un lado de la estrella; su forma real no se conoce. La cola avanza unas cuatro veces más rápido de lo que lo hizo.

La estrella vibró

En la cola, los rayos X parpadearon con frecuencias fijas, de 18 a 1840 veces por segundo: la corteza seguía temblando por el terremoto, como una campana golpeada.

Los satélites que midieron con precisión los rayos X de la cola los vieron parpadear a frecuencias fijas: 18, 26, 30, 92, 150, 625 y 1840 veces por segundo (Israel et al. 2005; Strohmayer y Watts 2006). Ya se había hallado un conjunto parecido en la gran erupción de SGR 1900+14 de 1998.

Coinciden con las formas en que la corteza de una estrella de neutrones puede torcerse de un lado a otro, una mitad contra la otra, igual que los sismólogos leen la vibración de la Tierra tras un terremoto para saber qué hay dentro. Fue la primera vez que se pudo sondear así el interior de una estrella de neutrones.

Estas frecuencias son tonos que podemos oír. Con el sonido activado suenan aquí como tonos; su volumen es dibujado. La torsión de la corteza se dibuja más lenta para que el ojo pueda seguirla.

Elementos pesados

La erupción también lanzó materia. Unos diez minutos después, un débil brillo de rayos gamma mostró que contenía elementos pesados recién formados: un tercio de la masa de la Tierra.

La erupción lanzó una nube de materia rica en neutrones a una buena fracción de la velocidad de la luz. Al revisar los antiguos registros, los astrónomos hallaron un brillo de rayos gamma posterior y más débil que alcanzó su máximo unos diez minutos después del destello.

Su brillo y su ritmo coinciden con la desintegración radiactiva de núcleos pesados recién formados: la captura rápida de neutrones, el proceso r, que crea el oro, el platino y el uranio. Se formó una millonésima de la masa del Sol, un tercio de la de la Tierra (Patel et al. 2025). Erupciones así podrían crear del uno al diez por ciento de los elementos más pesados de la Vía Láctea; casi todo el resto procede de choques de estrellas de neutrones.

La nube se dibuja como una capa de brillo dorado; su forma real no se conoce.

Una ráfaga de radio de nuestra galaxia

El 28 de abril de 2020 otro magnetar, SGR 1935+2154, lanzó una ráfaga de rayos X y un destello de ondas de radio de menos de una milésima de segundo: la primera ráfaga rápida de radio vista desde dentro de la Vía Láctea.

Las ráfagas rápidas de radio son destellos de ondas de radio de unas milésimas de segundo, descubiertos en 2007. Se han visto miles, casi todos de otras galaxias, y qué los producía era un misterio.

El 28 de abril de 2020 dos radiotelescopios, CHIME en Canadá y STARE2 en Estados Unidos, captaron uno de SGR 1935+2154, a unos 30.000 años luz, en el mismo instante que una ráfaga de rayos X suya. Llegó como dos destellos separados por 29 milésimas de segundo. Visto desde otra galaxia habría parecido una ráfaga rápida de radio débil: al menos algunos de esos lejanos destellos proceden de magnetares.

Las ondas de radio son invisibles; aquí se dibujan en verde, unas treinta veces más lentas.

Apagándose

Los magnetares son jóvenes: sus campos se desgastan en unos 10.000 años. Después las ráfagas cesan y la estrella sigue como una tranquila estrella de neutrones.

Se conocen unos 30 magnetares, todos en la Vía Láctea o en su compañera, la Gran Nube de Magallanes. Están cerca de cúmulos jóvenes y de restos de supernovas, y pocos tienen más de unos miles de años. Uno, en el cúmulo Westerlund 1, a 16.000 años luz, nació de una estrella de unas 40 veces la masa del Sol.

Al decaer su campo y soltar sus torsiones, calienta la estrella y alimenta las ráfagas. Tras unos diez mil años queda demasiado poco para agrietar la corteza. El magnetar se frena, se enfría y se apaga hasta ser una más de los cientos de millones de estrellas de neutrones tranquilas que se cree que pueblan nuestra galaxia.

Objetos de esta historia

Estrella de neutrones