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El telescopio Roman de la NASA está listo para transformar la búsqueda de las esquivas estrellas de neutrones
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El telescopio Roman de la NASA está listo para transformar la búsqueda de las esquivas estrellas de neutrones
Los astrónomos saben desde hace tiempo que las estrellas de neutrones —los núcleos comprimidos que quedan tras la explosión de estrellas masivas— deberían estar dispersas por toda la galaxia de la Vía Láctea. Sin embargo, la mayoría de ellas son, en la práctica, invisibles. Un estudio reciente publicado en la revista científica Astronomy and Astrophysics sugiere que el próximo telescopio espacial Nancy Grace Roman de la NASA podría detectarlas de todos modos.
Usando simulaciones detalladas de la Vía Láctea y de las futuras observaciones de Roman, los investigadores mostraron cómo este observatorio insignia podría ser capaz de identificar y caracterizar decenas de estrellas de neutrones aisladas mediante un efecto sutil denominado microlente gravitacional.
“La mayoría de las estrellas de neutrones son relativamente tenues y se encuentran solas”, dijo Zofia Kaczmarek, de la Universidad de Heidelberg en Alemania, quien dirigió el estudio. “Son increíblemente difíciles de detectar sin algún tipo de ayuda”.
En busca de lo invisible
Las estrellas de neutrones concentran una masa mayor que la del Sol en una esfera del tamaño aproximado de una ciudad. Su estudio nos ayuda a comprender cómo las estrellas nacen, mueren y dispersan elementos pesados por todo el universo. También nos brindan la oportunidad de estudiar lo que sucede en las condiciones más extremas (presiones y densidades) imaginables.
Sin embargo, a menos que se trate de púlsares que emitan energía en longitudes de onda de radio o resplandezcan en rayos X, pueden permanecer ocultas incluso para los telescopios más potentes.
Roman puede buscarlas de una manera diferente. Cuando un objeto masivo, como una estrella de neutrones, se interpone frente a una estrella distante situada en segundo plano, su intensa gravedad deforma el espacio-tiempo y desvía la luz de la estrella que está en el fondo. Este efecto de microlente hace que, momentáneamente, la estrella de fondo brille con mayor intensidad y parezca desplazada con respecto a su verdadera posición en el cielo.
Si bien muchos telescopios pueden detectar esta iluminación temporal, Roman puede medir, con una precisión excepcional, tanto el brillo (fotometría) como el diminuto desplazamiento posicional (astrometría) de la estrella afectada por el efecto de lente.
Debido a que las estrellas de neutrones son relativamente masivas, producen una señal astrométrica mayor que los objetos más livianos, lo que permite a misiones como Roman no solo detectarlas, sino también pesarlas en algunos casos, algo que resulta casi imposible solo mediante la fotometría.
“Lo realmente fascinante de utilizar la microlente gravitacional es que se pueden obtener mediciones directas de la masa”, dijo el coautor del artículo, Peter McGill, del Laboratorio Nacional Lawrence Livermore. “La fotometría nos indica que algo ha pasado por delante de la estrella, pero es la magnitud del desplazamiento en la posición de la estrella lo que nos indica cuán masivo es ese objeto. Al medir esa mínima desviación en el cielo, podemos pesar directamente algo que, de otro modo, permanecería invisible”.
Las mediciones de Roman podrían ayudar a los astrónomos a determinar si existe una verdadera brecha entre las masas de las estrellas de neutrones y las de los agujeros negros, así como la velocidad a la que se desplazan las estrellas de neutrones.
Los científicos están particularmente interesados en comprender los potentes “empujones” que reciben las estrellas de neutrones cuando nacen durante las explosiones de supernovas. Estos empujones pueden enviarlas a toda velocidad a través de la galaxia, a cientos de kilómetros por segundo.
Enormes sondeos, grandes probabilidades de éxito
El equipo de investigación utilizará el futuro Sondeo del bulbo galáctico en el dominio temporal, el cual monitoreará millones de estrellas simultáneamente en vastas imágenes del cielo, captadas a una alta frecuencia.
“Tan pronto como empiecen a llegar los datos, nos pondremos manos a la obra”, dijo McGill. “Ya en los primeros meses después de la puesta en marcha, esperamos comenzar a identificar eventos prometedores”.
Incluso un número relativamente pequeño de detecciones confirmadas podría mejorar significativamente los modelos de explosiones estelares y materia extrema.
“No conocemos con certeza la distribución de masa de las estrellas de neutrones ni de los agujeros negros, ni dónde termina una y comienza el otro”, dijo McGill. “Roman supondrá un verdadero avance en ese sentido”.
Aunque hasta el momento solo se han detectado unos pocos miles de estrellas de neutrones —en su mayoría, como púlsares—, los científicos estiman que podría haber entre decenas de millones y cientos de millones de ellas en la Vía Láctea. Además, hasta la fecha, los investigadores solo han logrado medir las masas de estrellas de neutrones que forman parte de sistemas binarios.
“Estamos viendo una pequeña muestra que no es representativa del panorama general”, dijo Kaczmarek. “Incluso una sola medición de masa sería muy valiosa. Si encontráramos tan solo una estrella de neutrones aislada, ello ya resultaría increíblemente estimulante para nuestra investigación”.
Perspectivas de futuro
El estudio también destaca un uso creativo de las capacidades de la misión. Aunque el sondeo de Roman está diseñado principalmente para encontrar exoplanetas utilizando microlentes fotométricas, sus potentes capacidades astrométricas abren la puerta a descubrimientos completamente nuevos con la técnica de microlente astrométrica.
“Esto no formaba parte del plan original”, dijo McGill. “Pero resulta que la capacidad astrométrica de Roman es realmente eficaz para detectar estrellas de neutrones y agujeros negros, por lo que podemos incorporar un tipo de ciencia completamente nuevo a los sondeos de esta misión”.
Si las predicciones resultan ciertas, la misión podría proporcionar la primera muestra amplia de estrellas de neutrones aisladas descubiertas solo por su gravedad, revelando una población oculta que se ha mantenido fuera de nuestro alcance hasta ahora. Se espera que Roman transforme el estudio de las microlentes y de las poblaciones ocultas de objetos en nuestra galaxia, desde exoplanetas interestelares hasta restos estelares como las estrellas de neutrones.
El telescopio espacial Nancy Grace Roman es administrado desde el Centro de Vuelo Espacial Goddard de la NASA en Greenbelt, Maryland, con la participación del Laboratorio de Propulsión a Chorro (JPL) de la NASA en el sur de California; Caltech/IPAC en Pasadena, California; el Instituto de Ciencias del Telescopio Espacial en Baltimore y un equipo integrado por científicos de diversas instituciones de investigación. Los principales socios industriales son BAE Systems Inc. en Boulder, Colorado; L3Harris Technologies en Rochester, Nueva York, y Teledyne Scientific & Imaging en Thousand Oaks, California.
Para obtener más información sobre Roman, visita el sitio web:
https://ciencia.nasa.gov/roman
Por Hannah Braun
Instituto de Ciencias del Telescopio Espacial, Baltimore, Maryland
hbraun@stsci.edu
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