¿Qué es un púlsar?

Podríamos decir que el de los púlsars, fue un descubrimiento de serendipia. Cuando observamos la luz de las estrellas, sin remedio, las vemos titilar, agitarse con un ligero temblor. Es un efecto inevitable (para las observaciones en tierra) de la atmósfera terrestre. El canal de luz que nos llega de las estrellas es tan fino que las distintas densidades de la atmósfera hacen que la luz llegue y deje de llegar; veamos la estrella y dejemos de verla. Es un suceso que ocurre en tiempos muy cortos y que se traduce en que la estrella parece temblar. Evitarlo es uno de los motivos por los que los astrónomos prefieren los telescopios espaciales a los terrestres. Y un fenómeno muy similar fue el que llevó al descubrimiento de los púlsares por parte de la astrónomo Jocelyn Bell (nacida el 15 de julio de 1943).

Sabemos que el Sol lanza al espacio electrones y otras partículas de alta energía (es decir, se mueven muy rápido, cerca de los 800 km/s). Estas partículas son las causantes del viento solar y sus efectos los sentimos en las auroras boreales y en la cola de los cometas, que siempre apunta hacia el lado opuesto al Sol con independencia de cómo se mueva el núcleo cometario. Pero ese chorro de electrones también afecta a las observaciones en radio. Los radio astrónomos saben que a veces, cuando el objeto observado se encuentra cerca del Sol, éste parece titilar debido a la interacción de las ondas de radio que provienen del cuerpo celeste, con los electrones que parten del Sol en forma de viento solar. Este fenómeno se conoce como “scintillation” en inglés.

Tenemos que remontarnos a julio de 1967. Jocelyn Bell trabajaba junto con un grupo de astrofísicos de la universidad de Cambridge en el radio telescopio del Mullard Radio Astronomy Observatory, dirigidos por el profesor Anthony Hewish. Bell, que en aquel entonces era una joven estudiante, detectó una emision de radio en forma de pulsos perfectamente isócronos, con un periodo de 1,274 segundos. En principio, Bell pensó que se trataba de un fenómeno de scintillation, pero la pulsación era perfectamente isócrona y con periodo muy corto. Estaba ante un fenómeno desconocido. El equipo de astrónomos comenzó a trabajar en el descubrimiento y plantearon varias hipótesis. Entre ellas, que fuera un fenómeno terrestre: algo humano que trabajaba como emisor de ondas y que afectaba al radiotelescopio. Incluso se barajó la posibilidad de que se tratara de un bromista e incluso de “hombrecillos verdes”. 

Pronto se descartaron las hipótesis terrestres humanas y las extraterrestres de hombrecillos verdes, a pesar de que el objeto era visible únicamente en radio: apuntando con un telescopio óptico al lugar de donde partían las ondas, no se veía nada. Finalmente, y utilizando técnicas complejas de interferometría, consiguió localizarse un objeto de magnitud 17 (extremadamente débil en el visible) en el lugar buscado. Pasaron algunos años hasta que se tuvo la certeza de que aquel fenómeno observado por Bell y su equipo estaba relacionado con las estrellas de neutrones. El objeto que observó Bell tiene nombre y se llama CP 1909. Se trata de un púlsar al que se asocia siempre el término “little green men” en honor a aquellas primeras hipótesis que sugerían a extraterrestres intentando comunicarse con nosotros usando ondas de radio.

Las estrellas de neutrones son, junto con los agujeros negros, la fase final de algunas estrellas. Unas, como el Sol, vivirán una larga vida y al final simplemente se apagarán. Pero otras más masivas, vivirán vidas más cortas, en su interior tendrán lugar varios ciclos nucleares de quema de combustible con sustancias distintas: primero el hidrógeno, luego el helio, el carbono, el oxígeno… hasta llegar al hierro. Las reaciones nucleares de fusión del hierro no son exotérminas (no generan radiación), sino que son endotérmicas (absorben radiación). Por este motivo, la cadena se para ahí y cuando la estrella consume todo su combustible y sólo le queda hierro, explota generando una explosión enorme que libera al espacio distintas clases de átomos con los que se formarán después planetas y otras estrellas. El resto de esa explosión suele ser una estrella de neutrones, para estrellas que tienen unas pocas de veces la masa solar o un agujero negro, si la estrella es más masiva aún.

El material del que están hechas las estrellas de neutrones es tan denso que los protones y los electrones se unen formando neutrones. Una cucharada de ese material depositado en la Tierra tendría un peso equivalente al del propio Everest. La física de estas estrellas es compleja y sabemos que poseen un gran campo magnético muy intenso. Las líneas de fuerza de ese campo magnético (representan cómo se movería una pequeña bolita de hierro si la sumergimos en el campo magnético) tienen forma helicoidal en torno al eje magnético y un haz de energía de altas frecuencias y ondas de radio abandona la estrella por los polos magnéticos hacia el exterior.

El flujo de energía en ondas de radio sale de la estrella por los polos magnéticos y no por los polos del eje de rotación que, al igual que en la Tierra, suelen ser distintos. Si ese chorro de energía saliera por los polos de rotación, recibiríamos un flujo continuo de radiación y no pulsos. Pero al abandonar la estrella por los polos magnéticos, la estrella emite pulsos en forma de ondas de radio. Pulsos que recibimos cada vez que uno de esos ejes magnéticos apunta hacia nosotros. Esto, al lector avezado, le dirá dos cosas: primero, que habrá muchos púlsares que no estamos detectando sencillamente porque no se da la casualidad de que sus polos magnéticos coincidan con nuestra visual. Y, segundo, las estrellas de neutrones giran sobre sí mismas muy deprisa. Tanto más rápido cuanto más corto sea el periodo que observamos. En el caso de aquel primer pulsar detectado por Bell, giraba una vez sobre sí mismo cada 1.274 segundos. 

Este dato no debe dejarnos indiferente. Esa es la magia de los púlsars: el remanente, el núclo de la estrella que ha estallado y que se ha convertido en una estrella de neutrones, mide unos 10 km de diámetro. Los púlsares, por tanto, son objetos de aproximadamente 10 km, rotando sobre sí mismo en algo más de un segundo, algunos, y en menos de un segundo, otros. Su periodo es tan perfecto, que casi se podrían utilizar como relojes atómicos. De hecho, hace años, esto tenía cierto sentido puesto que nuestra tecnología no nos permitía fabricar relojes más exactos. Hoy en día existen formas de medir el tiempo mucho más perfectas que un pulsar, gracias a que nuestra tecnología ha ido avanzando con arreglo a las necesidades de exactitud de los experimentos científicos o de las medidas de GPS o de Interferometría de Larga de Muy Larga Base. Experimentos que, sin esa exactitud en la medida del tiempo no serían posibles.

Escucha el programa emitido en esRadio aquí: Púlsar