Finalmente podemos saber cómo sopla el plasma a través de los locos campos magnéticos de las estrellas de neutrones.
Nuevos cálculos de físicos aburridos nos acercan un paso más a comprender cómo puede caer material sobre las estrellas de neutrones para desencadenar poderosas explosiones de rayos X.
Si se gravita suficiente plasma hacia una estrella muerta de una compañera binaria, su masa es suficiente para forzar un paso a través de la barrera creada por el fuerte campo magnético de la estrella de neutrones, dirigiéndose hacia la atmósfera de la estrella de neutrones.
Es una parte importante del misterio no resuelto durante mucho tiempo de la acumulación de estrellas de neutrones y las erupciones de rayos X. Este descubrimiento podría ayudarnos a comprender mejor el comportamiento del plasma en los campos magnéticos, algo que podría ser aplicable al desarrollo de la fusión del plasma aquí en la Tierra.
«Esta investigación comenzó con preguntas abstractas», dijo el físico de plasma Russell Kulsrud del Laboratorio de Física del Plasma de Princeton.
«¿Cómo puede la materia de una estrella compañera perforar el poderoso campo magnético de una estrella de neutrones para producir rayos X, y qué causa los cambios observados en estos campos?»
Las estrellas de neutrones se encuentran entre los objetos más densos del Universo. Esto es lo que sucede cuando una estrella de cierta masa (entre 8 y 30 veces la masa del Sol) llega al final de su vida útil de secuencia principal y muere.
El material de la estrella exterior desaparece en una explosión de supernova, ya que el núcleo de la estrella colapsa gravitacionalmente, formando una esfera compacta y ultradensa que, durante millones de años, dejará de brillar; lo único que la mantiene brillante es el calor residual. .
Cuando decimos denso, queremos decir denso, demasiado. Lo único más denso es un agujero negro (en el que, si la estrella precursora tuviera más de 30 masas solares, el núcleo se habría derrumbado). Una estrella de neutrones tiene aproximadamente 1,5 veces la masa del Sol, envuelta en algo de unos 10 kilómetros (6,2 millas) de diámetro.
Estos objetos extremos cuelgan en el espacio, generalmente con un campo magnético. miles de millones de veces más fuerte que el de la Tierra. A veces van acompañadas de un compañero binario, a una distancia lo suficientemente cercana como para que la estrella de neutrones pueda capturar y acumular material de la atmósfera del compañero.
Cuando esto sucede, el material forma un disco que se alimenta de la estrella de neutrones, ganando energía a medida que acelera debido a la gravedad. Esta energía se escapa en forma de radiación X, a menudo concentrada en columnas o puntos calientes en los polos de la estrella de neutrones. Sabemos que sucede; lo hemos observado. Pero la cuestión de cómo el plasma puede atravesar el campo magnético permanece.
Afortunadamente, Kulsrud tuvo algo de tiempo libre.
«Cuando el pandemia comenzó y todos estaban confinados en sus hogares, decidí tomar el modelo de una estrella de neutrones y trabajar en algunas cosas «. él explicó.
Él y su colega, el astrofísico Rashid Sunyaev del Instituto Max Planck de Astrofísica en Alemania, llevaron a cabo modelos matemáticos para determinar si el plasma ancla y arrastra el campo magnético, o logra introducirse, dejándolo intacto.
Según sus cálculos, es lo último. Si la masa del plasma infalible es lo suficientemente alta, puede ejercer presión gravitacional sobre el campo magnético. Esto produce una cascada de fluctuaciones en la fuerza del campo magnético, lo que resulta en una inestabilidad que permite el paso del plasma.
Una vez que el plasma está en el otro lado, se canaliza a lo largo de las líneas del campo magnético de la estrella de neutrones hacia los polos, donde se acumula en la estrella de neutrones.
Según este modelo, el plasma que se acumula en el polo se vuelve demasiado pesado para permanecer apoyado en la superficie y se hunde dentro de la estrella de neutrones. La presión interna adicional en los polos distorsiona el campo magnético. Con el tiempo, la presión hace que el plasma entrante se propague por toda la superficie de la estrella de neutrones, generando radiación X global.
«La masa agregada a la superficie de la estrella de neutrones puede distorsionar la región exterior del campo magnético de la estrella», Kulsrud dijo. «Si miras la estrella, deberías ver que la radiación emitida por el campo magnético cambiará gradualmente. Y de hecho, eso es lo que estamos viendo».
El equipo señala que es poco probable que sus especulaciones se apliquen a todas las estrellas de neutrones, ya que su tratamiento de la inestabilidad es aproximado. Sin embargo, los resultados predicen la forma cambiante del campo magnético a lo largo del tiempo, así como un resultado final.
En el transcurso de unas pocas decenas de miles de años, la estrella de neutrones aumentará gradualmente su masa, así como su radio a una velocidad de aproximadamente un milímetro por año, alcanzando finalmente un estado estacionario para su campo magnético.
Y las matemáticas podrían tener aplicaciones en el desarrollo de reactores de fusión tokamak, que utilizan campos magnéticos para confinar el plasma.
«Aunque no existe una aplicación directa de esta investigación al desarrollo de la energía de fusión, la física es paralela», Kulsrud dijo.
«La difusión de energía a través de tokamaks, instalaciones de fusión en forma de rosquilla que se utilizan en todo el mundo, se asemeja a la difusión de materia a través del campo magnético de una estrella de neutrones».
La investigación fue publicada en el Revista de física del plasma.
