Una estrella ayuda a comprender cómo se forman los magnetares

Los magnetares son los extraños remanentes superdensos de explosiones de supernovas. Son los imanes más potentes conocidos en el universo, millones de veces más potentes que los imanes más fuertes de la Tierra.

Utilizando el telescopio VLT (Very Large Telescope) de ESO (Observatorio Austral Europeo), un equipo de astrónomos cree haber hallado, por primera vez, a la estrella compañera de un magnetar. Este descubrimiento ayuda a explicar cómo se forman los magnetares — un enigma de hace 35 años — y por qué esta estrella en particular no colapsó en agujero negro tal y como esperarían los astrónomos.

Cuando una estrella masiva colapsa por su propia gravedad durante una explosión de supernova, puede formar, o bien una estrella de neutrones o un agujero negro. Los magnetares son una forma inusual y muy exótica de estrella de neutrones.

Como todos estos objetos extraños, son pequeños y extraordinariamente densos — una cucharadita de materia de estrella de neutrones tendría una masa de aproximadamente mil millones de toneladas — pero también tienen campos magnéticos extremadamente potentes. Las superficies de los magnetares liberan grandes cantidades de rayos gamma cuando atraviesan una etapa de ajuste repentino, conocida como un terremoto estelar (starquake), consecuencia de las enormes tensiones que tienen lugar en sus cortezas.

El cúmulo estelar Westerlund 1, situado a 16.000 años luz de la Tierra, en la constelación austral de Ara (el Altar), alberga uno de las dos docenas de magnetares conocidos en la Vía Láctea. Se llama CXOU J164710.2-455216 y ha intrigado enormemente a los astrónomos.

«En nuestro anterior trabajo demostramos que el magnetar del cúmulo Westerlund 1 debe haber nacido de la explosiva muerte de una estrella con unas 40 veces la masa del Sol. Pero este hecho representa un problema en sí mismo, ya que se supone que, tras morir, las estrellas tan masivas colapsan para formar agujeros negros, no estrellas de neutrones. No entendíamos cómo podía haberse transformado en magnetar», afirma Simon Clark, autor principal del artículo que plasma estos resultados, en la nota de prensa de ESO.

Una posible solución

Los astrónomos propusieron una solución a este misterio. Sugirieron que el magnetar se formó por las interacciones de dos estrellas muy masivas en órbita una en torno a la otra, en un sistema binario tan compacto que encajaría dentro de la órbita de la Tierra alrededor del Sol.

Pero, hasta ahora, no se había detectado ninguna estrella acompañante en la ubicación del magnetar en Westerlund 1, así que los astrónomos utilizaron el VLT para buscarlo en otras partes del cúmulo. Buscaron estrellas fugitivas — objetos que escapan del cúmulo a grandes velocidades — que podría haber sido expulsadas de la órbita por la explosión de supernova que formó al magnetar. Se descubrió que una estrella, conocida como Westerlund 1-5, parecía encajar perfectamente con lo que buscaban.

«No es sólo que esta estrella tenga la alta velocidad esperada si está siendo impulsada por una explosión de supernova, sino que además parece imposible replicar, en una estrella individual, las condiciones de baja masa, alta luminosidad y abundancia de carbono en la composición; una pista que indica que debe haberse formado, originalmente, con una compañera binaria», añade Ben Ritchie (Open University, Reino Unido), coautor del nuevo artículo.

Este descubrimiento permitió a los astrónomos reconstruir la historia de la vida de la estrella que permitió la formación del magnetar en lugar del esperado agujero negro. En la primera etapa de este proceso, la estrella más masiva de la pareja comienza a quedarse sin combustible, transfiriendo sus capas externas a su compañera menos masiva — que está destinada a convertirse en magnetar — haciendo que gire cada vez más rápido. Esta rápida rotación parece ser el ingrediente esencial en la formación del campo magnético ultra-fuerte del magnetar.

En la segunda etapa, como resultado de esta transferencia de masa, la propia compañera llega a ser tan masiva que, a su vez, desprende una gran cantidad de la masa recientemente adquirida. Gran parte de esta masa se pierde, pero una parte pasa de nuevo a la estrella original, la que todavía hoy vemos brillando y conocemos como Westerlund 1-5.

«Este proceso de intercambio de material ha sido el que ha proporcionado a Westerlund 1-5 su firma química única, y el que ha permitido que la masa de su compañera encoja a niveles lo suficientemente bajos como para que nazca un magnetar en lugar de un agujero negro: ¡una forma de pasarse la “patata caliente” con consecuencias cósmicas!», concluye Francisco Najarro (Centro de Astrobiología, España), miembro del equipo de investigación.

Por tanto, en la receta para formar un magnetar, parece que un ingrediente fundamental es ser una de las componentes de una estrella doble. La rápida rotación generada por la transferencia de masas entre las dos estrellas parece necesaria para generar el campo magnético ultra fuerte y, posteriormente, una segunda fase de transferencia de masa permite al futuro magnetar adelgazar lo suficiente como para no colapsar en agujero negro en el momento de su muerte.

El cúmulo Westerlund 1

El cúmulo abierto Westerlund 1 fue descubierto en 1961 desde Australia por el astrónomo sueco Bengt Westerlund. Este cúmulo está detrás de una enorme nube interestelar de gas y polvo, que bloquea la mayor parte de su luz visible. El factor de atenuación es de más de 100.000, por eso ha llevado tanto tiempo descubrir la verdadera naturaleza de este cúmulo particular.

Westerlund 1 es un laboratorio natural único para el estudio de la física estelar extrema, ayudando a los astrónomos a descubrir cómo viven y mueren las estrellas más masivas de la Vía Láctea. De sus observaciones, los astrónomos deducen que este cúmulo extremo probablemente contiene no menos de 100.000 veces la masa del Sol, y todas sus estrellas se encuentran dentro de una región menos de 6 años luz. Westerlund 1 parece ser el cúmulo compacto joven más masivo identificado hasta el momento en nuestra galaxia, la Vía Láctea.

Todas las estrellas analizadas hasta ahora en Westerlund 1 tienen masas de, al menos, 30-40 veces la del Sol. Dado que este tipo de estrellas tienen una vida muy corta — astronómicamente hablando — Westerlund 1 debe de ser muy joven. Los astrónomos determinan una edad de entre 3,5 y 5 millones de años. Westerlund 1 es claramente un cúmulo recién nacido en nuestra galaxia.

Los astrónomos utilizaron el instrumento FLAMES, instalado en el telescopio VLT (Very Large Telescope) de ESO, en Paranal (Chile), para estudiar las estrellas del cúmulo Westerlund 1.

Referencias bibliográficas:

J. S. Clark, B. W. Ritchie, F. Najarro, N. Langer, I. Negueruela: A VLT/FLAMES survey for massive binaries in Westerlund 1. IV. Wd1-5 – binary product and a pre-supernova companion for the magnetar CXOU J1647-45?. arXiv:1405.3109

M. P. Muno, J. S. Clark, P. A. Crowther, S. M. Dougherty, R. de Grijs, C. Law, S. L. W. McMillan, M. R. Morris, I. Negueruela, D. Pooley, S. Portegies Zwart, F. Yusef-Zadeh: A Neutron Star with a Massive Progenitor in Westerlund 1. Astrophysical Journal (2005). DOI: 10.1086/499776.