Així han captat investigadors valencians la erupció gegantina d'una estrella de neutrons

Entre les estrelles de neutrons, objectes que poden contindre mig milió de vegades la massa de la Terra en un diàmetre d’uns vint quilòmetres, hi destaca un petit grup amb el camp magnètic més intens conegut: els magnetars. Aquests objectes, dels quals a penes se’n coneixen trenta, pateixen violentes erupcions que són encara poc conegudes a causa del seu caràcter inesperat i la seua durada d’unes dècimes de segon. Detectar-les suposa un repte per a la ciència i la tecnologia.

Un equip científic internacional amb una participació destacada de la Universitat de València publica hui en la revista Nature l’estudi de l’erupció d’un magnetar en detall: han aconseguit mesurar oscil·lacions –polsos– en la brillantor del magnetar durant els seus instants més violents. Aquests episodis són un component crucial per comprendre les erupcions gegants dels magnetars. Es tracta d’una qüestió llargament debatuda durant els 20 anys passats que hui té resposta, si hi ha oscil·lacions d’alta freqüència als magnetars.

El treball compta amb la contribució de sis investigadors de la Universitat de València i una elevada participació espanyola –15 científics d’un total de 41. el cas de la llampada que hem estudiat –el GRB2001415– l’energia que es va alliberar és equivalent a la que irradia el nostre Sol en cent mil anys”, apunta Alberto J. Castro-Tirado, investigador de l’IAA-CSIC que encapçala el treball.

“L’explosió del magnetar, que va durar aproximadament una dècima de segon, la vam descobrir el 15 d’abril del 2020 en plena pandèmia”, comenta Víctor Reglero, catedràtic d’Astronomia i Astrofísica de la UV, investigador de l’Image Processing Laboratory (IPL), coautor de l’article i un dels artífexs d’ASIM, l’instrument a bord de l’Estació Espacial Internacional que va detectar l’erupció. “Des de llavors hem desenvolupat una tasca d’anàlisi de dades molt intensa, ja que era una estrella de neutrons de 10**16 Gauss i situada en una altra galàxia. Un veritable monstre còsmic!”, remarca Reglero.

Pensa la comunitat científica que les erupcions en els magnetars poden ser causades per inestabilitats en la seua magnetosfera o en un tipus de terratrèmols produïts en la seua escorça, una capa de caràcter rígid i elàstic d’aproximadament un quilòmetre de gruix. “Independentment del desencadenant, a la magnetosfera de l’estrella es crea un tipus d’ones –les Alfvén– que són ben conegudes al Sol i que interactuen entre si dissipant energia”, explica Alberto J. Castro-Tirado.

Segons l’estudi publicat ara a Nature, les oscil·lacions detectades a l’erupció són consistents amb l’emissió que produeix la interacció entre les ones d’Alfvén, l’energia de les quals és ràpidament absorbida per l’escorça. Així, en uns pocs mil·lisegons acaba el procés de reconnexió magnètica i per tant també els polsos detectats a GRB2001415, que van desaparèixer als 3.5 mil·lisegons després de l’esclat principal. L’anàlisi del fenomen ha permès estimar que el volum de l’erupció va ser similar o fins i tot més gran que el de la mateixa estrella de neutrons.

Algoritmes de la Universitat de València aconsegueixen la captura sense intervenció humana

L’erupció va ser detectada per l’instrument ASIM, que és a bord de l’Estació Espacial Internacional (ISS). ASIM, on participa la Universitat de València, va ser l’únic dels set telescopis capaç de registrar la fase principal de l’erupció en el rang complet d’energia sense patir saturacions. L’equip científic va poder resoldre l’estructura temporal de l’esdeveniment, una tasca veritablement complexa que va implicar més d’un any d’anàlisi per dos segons durant els quals es van prendre les dades.

L’Atmosphere Space Interactions Monitor (ASIM) és una missió de l’ESA desenvolupada per Dinamarca, Noruega i Espanya, que està operativa en l’ISS des del 2018 sota la supervisió dels investigadors Torsten Neubert (Technical University of Denmark), Nikolai Ostgaard (University of Bergen, Norway) i Víctor Reglero (Universitat de València, España), que formen l’ASIM Facility Science Team.

L’objectiu d’ASIM consisteix a monitoritzar els fenòmens violents de l’atmosfera terrestre des de l’Òptic als Rajos Gamma a 40 MeV, activitat que el telescopi duu a terme des de juny de 2018 i ja han detectat 1000 erupcions de rajos gamma. “Com que aquests fenòmens són impredictibles, ASIM decideix de forma completament autònoma quan ha passat alguna cosa i envia les dades als diferents centres del Science Data Center a Copenhaguen, Bergen i València”, explica Víctor Reglero.

La detecció d’oscil·lacions quasiperiòdiques a GRB2001415 ha suposat tot un repte des del punt de vista de l’anàlisi de senyal. “La dificultat rau en la brevetat del senyal, l’amplitud del qual decau ràpidament i queda embeguda en el soroll de fons. I, com que es tracta de soroll correlat, resulta difícil distingir el seu senyal”, detalla Reglero. La intel·ligència del sistema que hem desenvolupat a la Universitat de València és la que ha permès, juntament amb tècniques sofisticades d’anàlisi de dades, detectar aquest espectacular fenomen.

Encara que aquestes erupcions s’havien detectat ja en dos dels trenta magnetars coneguts a la nostra galàxia i en alguna altra galàxia propera, GRB2001415 seria l’erupció en un magnetar més distant captada fins ara, en trobar-se al grup de galàxies Sculptor a uns tretze milions anys llum. “Vist en perspectiva, ha estat com si el magnetar ens volguera indicar la seua existència des de la seua soledat còsmica, cantant als kHz amb la força d’un Pavarotti d’un bilió de sols”, relata Reglero.Segons els autors de l’article publicat ara a Nature, aquesta erupció ha proporcionat un component crucial per comprendre com es produeixen les tensions magnètiques dins i al voltant d’una estrella de neutrons. El monitoreig continu de magnetars en galàxies properes ajudarà a comprendre aquest fenomen, i també aplanarà el camí cap a un millor coneixement de les ràfegues de ràdio ràpides, actualment un dels fenòmens més enigmàtics de l’astronomia.