Estrella pesada y altamente magnética puede ser el primer precursor de magnetar que hemos visto – Ars Technica

Los magnetares son algunos de los objetos más extremos que conocemos, con campos magnéticos tan fuertes que la química es imposible en su vecindad. Estas son estrellas de neutrones con un interior superfluido que incluye partículas cargadas, por lo que es fácil entender cómo se mantiene una dínamo magnética para soportar este campo magnético. Pero es un poco más difícil entender completamente qué inicia la dínamo en primer lugar.

La idea principal, que se beneficia de su simplicidad, es que la magnetar hereda su campo magnético de la estrella que explotó en una supernova para crearla. El campo magnético original, cuando se aplasta para que coincida con el tamaño diminuto de la estrella de neutrones resultante, proporcionaría un gran impulso para iniciar la magnetar. Solo hay un problema con esta idea: no hemos identificado ninguna de las estrellas precursoras altamente magnetizadas que requiere esta hipótesis.

Resulta que hemos estado viendo uno durante años. Simplemente parecía algo completamente diferente, y se necesitó un análisis más cuidadoso, publicado hoy en Science, para comprender lo que hemos estado viendo.

No es lo que parece

HD 45166 en algunos niveles parece ser un sistema estelar binario relativamente sencillo compuesto por una estrella normal y una estrella caliente. estrella lobo-rayet orbitando a corta distancia, con la luz mostrando una periodicidad de 1,6 días, presumiblemente debido a la órbita.

Pero incluso en ese nivel de comprensión, algunas cosas parecían extrañas sobre la parte Wolf-Rayet del sistema. Por lo general, son estrellas masivas y calientes que son ricas en helio y expulsaron la mayor parte de su hidrógeno a través de violentas erupciones. Pero el de HD 45166 tiene solo cuatro veces la masa del Sol, la mitad de la masa del ejemplo más pequeño que hemos visto en cualquier otro lugar. También tiene mucho carbono, oxígeno y nitrógeno presentes, lo cual es raro, y sus líneas espectrales tienen algunas características inusuales.

El eje de rotación de la estrella también parecía estar orientado en la dirección de su órbita, lo que también es un poco difícil de arreglar. Así que había muchas cosas que eran difíciles de explicar sobre el sistema incluso antes de las nuevas observaciones. De alguna manera, los datos actualizados hacen que el sistema sea más fácil de entender; en otros, empeora.

El hallazgo clave fue que el espectro de luz de la estrella indicó que la periodicidad de 1,6 días es probablemente la de una pulsación física regular de la estrella normal en el sistema HD 45166. Este descubrimiento llevó a los investigadores a examinar otros cambios periódicos a la luz de HD 45166. La señal orbital más probable sugiere que la órbita tarda aproximadamente 8200 días, una diferencia bastante radical de 1,6 días. Pone a las estrellas mucho más separadas y significa que es probable que ninguna de ellas orbite en la dirección de su eje de giro.

La mayor separación, a su vez, requiere una revisión en las masas que fueron estimadas en base a sus interacciones orbitales. La nueva estimación reduce la masa de la estrella Wolf-Rayet a la mitad, haciéndola solo el doble de la masa del Sol.

Magnetares y otras rarezas

La información espectral que nos llevó a revisar la apariencia de la estrella también proporcionó información sobre su campo magnético. Los campos magnéticos influyen en la polarización de la luz, y los investigadores obtuvieron esta polarización utilizando la luz emitida por varios iones que quedaron atrapados en el campo magnético de la estrella Wolf-Rayet. Estos datos se utilizaron para proporcionar una estimación de la fuerza de este campo magnético, que resultó estar en el área de 40.000 Gauss. A modo de comparación, el campo magnético de la Tierra es inferior a un Gauss.

Aunque la estrella es relativamente ligera con el doble de la masa del Sol, todavía es lo suficientemente grande como para terminar en una supernova que deja una estrella de neutrones. Esta estrella de neutrones debería tener un radio del orden de una docena de kilómetros. Si conserva el campo magnético de 40 000 gauss en la superficie de la estrella, pero lo reduce a la nueva superficie de 12 kilómetros de radio, terminará con una fuerza de campo magnético de aproximadamente 10¹⁴ Gauss, lo que significa que tienes un magnetar.

Entonces, la estrella Wolf-Rayet es un precursor del magnetar, el primero que hemos visto.

Pero también es diferente a cualquier otra estrella Wolf-Rayet que hayamos visto, por lo que el equipo de investigación investigó su historia a través de simulaciones. Esto sugiere que la estrella compañera normal está simplemente demasiado lejos para tener una influencia importante en la evolución del sistema. En cambio, es probable que HD 45166 haya comenzado como un sistema de tres estrellas, con la estrella Wolf-Rayet originalmente siendo dos estrellas orbitando entre sí a corta distancia. Sus interacciones llevaron a un período en el que sus dos núcleos ricos en helio compartían una única envoltura rica en hidrógeno.

Los dos núcleos giraron en espiral hacia adentro y se fusionaron, expulsando hidrógeno en el proceso. Lo que quedó fue una pequeña estrella rica en helio con un intenso campo magnético. Ese campo magnético atrapó parte del material que podría ser expulsado, produciendo las líneas espectrales que ayudaron a los investigadores a descubrir qué estaba pasando.

Ese es un conjunto bastante distinto de circunstancias, lo que podría sugerir que estos precursores son raros. Pero se estima que hasta el 10% de las estrellas de neutrones pasan por una fase de magnetar, lo que debe significar que son bastante comunes. ¿Cómo explicamos esta discrepancia?

Los investigadores sugieren que es posible que ya hayamos observado algunas estrellas similares. La única razón por la que pudimos descubrir este sistema es por la presencia de una estrella compañera, y esto es inusual para las estrellas Wolf-Rayet. Puede ser que ya hayamos observado estrellas similares, pero no hemos sido capaces de reconocerlas.

Ciencia, 2023. DOI: 10.1126/ciencia.ade3293 (Sobre los DOI).