Pulsar: La estrella de 30 kilómetros que gira cientos de veces por segundo

Un púlsar puede no ser más ancho que 30 kilómetros, pero gira sobre su eje cientos de veces cada segundo, lanzando un haz de ondas de radio y, menos frecuentemente, radiación de mayor energía como rayos X. Debido a que ese haz solo llega a la Tierra cuando ocasionalmente lo hace, los radiotelescopios lo registran como un pulso rápido y regular en lugar de un brillo constante, de donde proviene el nombre.

Los astrónomos han catalogado ahora más de 2.600 de estos objetos, la mayoría dentro de la Vía Láctea. Lejos de ser una curiosidad, ese catálogo se ha convertido en un kit de herramientas científico funcional: los investigadores utilizan púlsares para buscar ondas gravitacionales de baja frecuencia, trazar la estructura de la galaxia y poner a prueba la teoría general de la relatividad de Einstein en condiciones que ningún laboratorio en la Tierra podría recrear.

Lo que sigue es la historia de cómo se descubrieron los púlsares, los extraños récords que algunos de ellos mantienen y lo que décadas de observación han enseñado a los físicos sobre la gravedad misma.

En 1967, Jocelyn Bell Burnell encontró los primeros púlsares de radio mientras trabajaba para obtener su doctorado. No estaba escaneando una pantalla buscando la señal – su equipo de seguimiento producía más de 30 metros de registros de papel y lápiz cada día, y los extraños y constantes impulsos tenían que ser detectados a simple vista entre el ruido.

Este tipo de cribado manual y paciente de datos es fácil de olvidar una vez que un descubrimiento se convierte en física de libro de texto, pero es exactamente cómo una señal inexplicable se convirtió en una clase completamente nueva de estrella.

En 1974, Antony Hewish y Martin Ryle se convirtieron en los primeros astrónomos en ganar el Premio Nobel de Física, honrados en parte por el papel decisivo de Hewish en traer a la luz los púlsares. Sigue siendo uno de los premios Nobel más debatidos en astronomía, porque el descubrimiento que lo hizo posible fue el de Bell Burnell: su descubrimiento merecía el Premio Nobel de Física de 1974, pero ella misma no fue nombrada entre los ganadores.

El episodio se ha convertido en un punto de referencia estándar en conversaciones sobre crédito en la ciencia – no porque alguien dude de lo que encontró, sino por quién eligió la comisión del Premio Nobel para recompensarlo.

No todos los púlsares se sientan tranquilamente en el espacio vacío. El Púlsar del Cangrejo ocupa el centro de la Nebulosa del Cangrejo, los restos de una supernova que los observadores en la Tierra vieron brillar en el año 1054 – siglos antes de que alguien entendiera lo que estaban viendo.

El Púlsar del Cangrejo en sí tiene aproximadamente 20 kilómetros de ancho, lo suficientemente pequeño como para caber dentro de una ciudad de tamaño medio, y completa una rotación completa cada 33.392 milisegundos. Eso equivale a sus haces barriendo a un observador 29.946 veces cada segundo – lo suficientemente rápido para que la nebulosa a su alrededor brille y parpadee en sincronía con el giro.

Los púlsares ordinarios ya son rápidos, pero una clase separada lleva la idea mucho más lejos. PSR B1937+21 tiene un título histórico: descubierto en 1982, fue el primer púlsar de milisegundo identificado, y gira a aproximadamente 641 rotaciones por segundo. Casi medio siglo después, todavía figura como el segundo más rápido entre los aproximadamente 200 púlsares de milisegundos ahora conocidos – un recordatorio de lo extremos que pueden ser estos objetos.

Los púlsares resultaron ocultar otra sorpresa: planetas. En 1992, Aleksander Wolszczan encontró los primeros planetas extrasolares jamás confirmados, orbitando el púlsar PSR B1257+12 – años antes de que alguien detectara un planeta alrededor de una estrella normal como el Sol.

Uno de los planetas de ese sistema, catalogado como PSR B1257+12 b, es notablemente pequeño: su masa es solo un poco menos del doble que la de la Luna, lo que lo convierte en el objeto confirmado menos masivo jamás encontrado fuera del Sistema Solar. Encontrar cualquier planeta alrededor de un púlsar fue sorprendente; encontrar uno tan ligero fue casi accidental.

El mismo año en que Hewish y Ryle recibieron su Premio Nobel, los físicos Joseph Hooton Taylor Jr. y Russell Hulse ya habían encontrado algo posiblemente igual de importante, en 1974: el primer púlsar conocido que orbita otra estrella, designado PSR B1913+16. Debido a que los impulsos de un púlsar llegan con regularidad de relojería, el tiempo de los impulsos permitió a los físicos medir ese sistema binario con extraordinaria precisión.

Décadas de ese tiempo arrojaron estimaciones de masa de 1,4398 masas solares para el púlsar y 1,3886 masas solares para su compañero – cifras lo suficientemente precisas para detectar una predicción sutil de la relatividad general. El período orbital de la pareja se está reduciendo a 0,997 veces la velocidad que predice el amortiguamiento de radiación gravitacional de la relatividad – aproximadamente tan cerca como coincidencia perfecta entre teoría y observación en astrofísica.

Casi todos los púlsares conocidos son lo que los astrónomos llaman un púlsar de estrella de neutrones – pero no todos. En el sistema binario AR Scorpii, la luz pulsante no proviene de una estrella de neutrones sino de una enana blanca: un remanente estelar altamente magnetizado, con una intensidad de campo de hasta 500 MG, cuya desaceleración de rotación alimenta los impulsos de la misma manera que lo hace una estrella de neutrones.

Eso hace de AR Scorpii el primer ejemplo confirmado de un púlsar de enana blanca, extendiendo la definición de "púlsar" mucho más allá del tipo de objeto que le dio originalmente un nombre.

La búsqueda de más púlsares sigue siendo cada vez más capaz. El radiotelescopio de Parkes de Australia hizo su primera observación de púlsar en 1968 y desde entonces se ha convertido en un ícono nacional, apareciendo junto a una imagen de púlsar en el primer billete australiano de $50. Más recientemente, el radiotelescopio FAST de China – su nombre completo es el Five-hundred-metre Aperture Spherical Telescope – se ha convertido en uno de los instrumentos más poderosos que escanean el cielo en busca de nuevos púlsares.

Entre los platos sensibles nuevos y décadas de paciencia de datos de tiempo, la ciencia de púlsares no muestra signos de desaceleración; los objetos que comenzaron como un patrón inexplicable en un rollo de papel gráfico se han convertido en una de las herramientas más productivas de la astrofísica.

• Phys.org: Fifty years ago, Jocelyn Bell discovered pulsars and changed our view of the universe
• arXiv: Timing Measurements of the Relativistic Binary Pulsar PSR B1913+16
• arXiv: Polarimetric evidence of a white dwarf pulsar in the binary system AR Scorpii
• Wikipedia: Pulsar
• Wikipedia: Jocelyn Bell Burnell
• Wikipedia: Crab Pulsar
• Wikipedia: Millisecond pulsar