Púlsar

Cómo una estrella muerta se convierte en un faro cósmico

Paso a paso

Una estrella del tamaño de una ciudad

Cuando muere una estrella de más de ocho soles, su núcleo se colapsa en una estrella de neutrones: cerca de 1,4 veces la masa del Sol en una bola de unos 22 km de diámetro.

Una estrella grande brilla fusionando átomos ligeros en otros más pesados en su núcleo. Cuando el núcleo se ha convertido en hierro, ese fuego se apaga, porque fusionar hierro no da energía. Sin nada que lo sostenga, el núcleo, del tamaño de la Tierra, se desploma sobre sí mismo en menos de un segundo.

El aplastamiento es tan grande que los electrones se incrustan en los protones y los convierten en neutrones. La caída solo se detiene cuando los neutrones quedan tan apretados como en el núcleo de un átomo. El resto de la estrella sale despedido al espacio en una supernova, y queda la estrella de neutrones.

Salvo los agujeros negros, no se conoce nada más denso: un terrón de azúcar de estrella de neutrones pesaría tanto como todas las personas de la Tierra juntas. Su gravedad curva la luz. El anillo de estrellas estiradas a su alrededor es luz estelar desviada por su atracción, y se ven a la vez unas cuatro quintas partes de su superficie.

Un imán que gira

El colapso la hizo girar muy deprisa y comprimió su campo magnético hasta billones de veces la intensidad del de la Tierra. Sus polos magnéticos están inclinados respecto al eje sobre el que gira.

Piensa en un patinador que recoge los brazos y gira más deprisa. El núcleo de la estrella moribunda giraba despacio, pero al encogerse del tamaño de la Tierra al de una ciudad pasó a girar cientos de miles de veces más rápido. Las estrellas de neutrones recién nacidas pueden dar muchas vueltas por segundo.

El aplastamiento también comprimió el campo magnético de la estrella en un espacio muchísimo menor, y eso lo hizo enormemente más fuerte. Unas pocas estrellas de neutrones, llamadas magnetares, son mil veces más fuertes aún: los imanes más potentes que se conocen.

Como en la Tierra, los polos magnéticos no están donde sale el eje de giro. La línea discontinua blanca es el eje sobre el que gira la estrella, y la violeta, su eje magnético, inclinado respecto a él. Esa inclinación es lo que convertirá a la estrella en un faro.

Dos haces

Sobre los polos magnéticos, partículas arrancadas de la superficie salen disparadas a lo largo del campo y emiten dos haces estrechos de ondas de radio. La radio es invisible, así que aquí se dibuja en verde.

Un imán que gira produce electricidad: así funcionan los generadores de las centrales eléctricas. Una estrella de neutrones es uno gigantesco. Su giro genera tensiones de billones de voltios, capaces de arrancar de su superficie electrones y otras partículas con carga.

Las partículas con carga solo pueden moverse a lo largo de las líneas del campo magnético, como cuentas en un alambre. Sobre cada polo magnético las líneas se abren al espacio, y allí las partículas salen despedidas a casi la velocidad de la luz. Por el camino emiten ondas de radio en un cono estrecho: el haz. Cómo lo hacen exactamente es un enigma que los científicos aún intentan resolver.

La energía de los haces sale del giro de la estrella, así que todo púlsar se va frenando poco a poco a lo largo de millones de años. Algunos, como los púlsares del Cangrejo y de Vela, también destellan en luz visible, rayos X y rayos gamma.

Un faro cósmico

Mientras la estrella gira, sus haces barren el cielo como los de un faro. Cada vez que uno pasa por la Tierra, los radiotelescopios captan un pulso.

Los haces están fijos a los polos magnéticos, que están inclinados, así que al girar la estrella cada haz barre un círculo en el cielo. La estrella no se enciende y se apaga: como la lámpara de un faro, brilla todo el tiempo, y solo vemos un destello mientras un haz apunta hacia nosotros.

La flecha dorada señala hacia la Tierra. La línea verde encima del texto es la señal de radio tal como la registra un radiotelescopio en la Tierra: plana mientras los haces apuntan a otra parte, y un pico cada vez que uno pasa por delante de nosotros.

Los haces de la mayoría de los púlsares nunca cruzan la Tierra, así que no podemos verlos. Aun así, se han descubierto más de 4000 púlsares, casi todos en nuestra propia galaxia.

Su velocidad real

A cámara lenta puedes seguir cada vuelta. El púlsar de Vela gira en realidad 11 veces por segundo, y el más rápido conocido, 716. Elige un púlsar para verlo y oírlo.

Hasta ahora el giro iba a cámara lenta para que pudieras seguirlo. El botón de arriba cambia entre cámara lenta y velocidad real, y la lista de al lado tiene cuatro púlsares reales, desde el primero que se descubrió, que da una vuelta cada 1,34 segundos, hasta el más rápido conocido.

El más rápido, PSR J1748−2446ad, da 716 vueltas por segundo: su ecuador gira a cerca de una quinta parte de la velocidad de la luz. Los púlsares tan rápidos son púlsares viejos que volvieron a acelerarse. Una estrella compañera vertió gas sobre ellos y los fue empujando cada vez más deprisa, como una mano que empuja un tiovivo.

Con el sonido activado se nota la diferencia. Los púlsares lentos laten como un tambor, los rápidos zumban, y a cientos de pulsos por segundo los latidos se funden en una nota musical.

El cilindro de luz

El campo magnético está anclado en la estrella y gira con ella, como los radios de una rueda. Cuanto más lejos a lo largo de un radio, más deprisa se mueve, igual que el borde de un tiovivo va más rápido que su centro.

Dentro de él, las líneas del campo vuelven a la estrella, y las partículas que llevan giran con ella. Las líneas que llegarían más allá no pueden cerrarse: se abren y se alejan en espiral, llevándose un viento de partículas a casi la velocidad de la luz. Alrededor del púlsar del Cangrejo, ese viento ilumina toda la nebulosa del Cangrejo, de unos 11 años luz de diámetro.

Relojes en el cielo

Jocelyn Bell Burnell descubrió el primer púlsar en 1967. Los púlsares marcan el tiempo con tanta regularidad que un mapa de 14 de ellos, a bordo de las sondas Pioneer y Voyager, indica dónde está nuestro Sol.

En 1967, Jocelyn Bell Burnell, una estudiante de Cambridge, vio un pequeño garabato en los registros en papel de un radiotelescopio que ella misma había ayudado a construir: pulsos separados por 1,34 segundos, regulares como un reloj. El equipo, medio en broma, llamó a la fuente LGM-1, por «little green men» (hombrecillos verdes), hasta que se encontraron más y resultaron ser estrellas de neutrones en rotación.

El Premio Nobel de 1974 por el descubrimiento fue para su director de tesis, Antony Hewish, pero no para ella. En 2018 ganó un Premio Breakthrough de 3 millones de dólares y lo donó entero para ayudar a estudiantes de grupos poco representados en la física.

Los púlsares más rápidos marcan el tiempo casi tan bien como los relojes atómicos. Cronometrando uno se descubrieron, en 1992, los primeros planetas hallados alrededor de otra estrella. Y cronometrando 68 de ellos durante 15 años, los astrónomos encontraron en 2023 indicios de ondas gravitacionales, ondulaciones del propio espacio, que recorren nuestra galaxia.

El mapa de las placas de las Pioneer y de los discos de las Voyager muestra la dirección, la distancia y el ritmo de 14 púlsares vistos desde el Sol. Los púlsares se frenan de manera constante, así que quien lo encontrara podría deducir no solo de dónde vinieron las sondas, sino aproximadamente cuándo partieron.