El púlsar que explicará la «dieta» del agujero negro central de nuestra galaxia

Un púlsar es una pequeña estrella de neutrones que gira a gran velocidad sobre sí misma emitiendo radiación a intervalos regulares relacionados con su período de rotación. Al descubrir uno a menos de medio año luz de Sagitario A*, que es como se conoce al gran agujero negro central de nuestra galaxia, se ha podido comprobar cómo su intenso campo magnético, común a todos los púlsares, estaba siendo absorbido por el «monstruo espacial». Ahora, un grupo internacional de científicos, sobre todo del Instituto Max Planck de Radioastronomía en Bonn , ha utilizado un radio telescopio gigante de 100 m para investigar el púlsar en diferentes frecuencias de radio. Los resultados se publican esta semana en la edición online de «Nature».

Teoría de la Relatividad

Los púlsares son relojes cósmicos extremadamente precisos, y pueden ser utilizados para medir las propiedades del espacio y del tiempo alrededor de un objeto, en este caso el agujero negro, y comprobar así si la teoría de la Relatividad General de Einstein es capaz de superar las pruebas más exigentes.

Poco después de que se anunciase que el telescopio Swift de la NASA había localizado una fuente de rayos X, y de que el telescopio NuSTAR, también de la NASA, estableciera que esa fuente emitía pulsaciones con un período de 3,76 segundos, el Instituto Max Planck de Radioastronomía (MPIfR) inició un programa de seguimiento del púlsar desde el observatorio de Effelsberg.

«Tan pronto como nos enteramos del descubrimiento de pulsaciones regulares con el telescopio NuSTAR, apuntamos el plato de 100 metros de Effelsberg en la dirección del centro de la galaxia», dice Ralph Eatough, del departamento de Investigación de Física Fundamental del MPIfR, y autor principal del estudio.

Al segundo intento

«En nuestro primer intento el púlsar no era claramente visible, pero algunos púlsares son tercos y requieren más observaciones para detectarlos. La segunda vez que lo miramos, el púlsar se había vuelto muy activo en su banda de radio y era muy brillante. Casi no podía creer que por fin habíamos detectado un púlsar en el centro de la galaxia». Debido a que este púlsar podía ser tan especial, el equipo de investigación dedicó grandes esfuerzos para demostrar que se trataba de un objeto real en el espacio lejano , y no de interferencias de radio que pudieran haber sido creadas por el hombre en la Tierra.

Paralelamente se realizaron otras observaciones con otros radiotelescopios por todo el mundo como Jodrell Bank, Very Large Array y NANCAY. «¡Estábamos muy contentos y dormíamos entre observación y observación! Estábamos calculando densidades de flujo a las 6 de la mañana del sábado y no podíamos creer que este púlsar fuera tan brillante», comenta Evan Keane, del Observatorio de Jodrell Bank. «El radiotelescopio Effelsberg fue construido de tal manera que pudiera observar el centro galáctico. Y 40 años más tarde se detecta el primer radio púlsar allí», explica Heino Falcke, profesor de la Radboud Universiteit Nijmegen. «A veces tenemos que ser pacientes. Ha sido un trabajo laborioso, pero al final lo hemos conseguido».

Púlsares magnetares

El recién descubierto púlsar, denominado PSR J1745-2900, pertenece a un subgrupo específico de los púlsares, los llamados magnetares. Se trata de púlsares con campos magnéticos extremadamente altos, del orden de 100 millones de Teslas, alrededor de 1000 veces más fuertes que los campos magnéticos de las estrellas de neutrones ordinarias, o 100.000 millones de veces el campo magnético de la Tierra.

También se sabe que la emisión de estos objetos está altamente polarizada. Por tanto, las mediciones de la rotación del plano de polarización provocado por un campo magnético externo (el llamado efecto Faraday) pueden utilizarse para inferir la fuerza de ese campo magnético a lo largo de la línea de visión del pulsar.

Así, tener un campo magnético intenso en las proximidades del agujero negro en el centro de la galaxia es una situación muy prometedora. El agujero negro está tragando poco a poco todo lo que hay en su entorno (sobre todo gas ionizado caliente) en un proceso de acreción que no parece tener fin.

Campo magnético

Los campos magnéticos causados por este gas en su movimiento hacia el agujero pueden influir en la estructura y la dinámica del flujo de acreción, ayudando o incluso obstaculizando el proceso. El nuevo púlsar ha permitido realizar las mediciones de la fuerza del campo magnético en el inicio del flujo de acreción del agujero negro central, demostrando que hay, de hecho, un campo magnético a gran escala y fuerte.

«Para entender las propiedades de Sagitario A*, tenemos que comprender la acumulación de gas en el agujero negro», dice Michael Kramer, director del MPIfR y jefe de su departamento de investigación de Física Fundamental. «Sin embargo, hasta ahora, la magnetización del gas, que es un parámetro crucial que determina la estructura del flujo de acreción, seguía siendo desconocida. El pulsar descubierto ahora nos ha permitido cambiar nuestras técnicas de estudio para sondear la fuerza del campo magnético en el inicio de este flujo de acreción de gas en el objeto central».

Esos campos magnéticos pueden tanto acelerar como frenar la acreción, y su conocimiento exacto, ayudados por el púlsar, explicaría por qué Sagitario A* parece estar muriéndose de hambre en comparación con los agujeros negros supermasivos de otras galaxias.

Agujero negro supermasivo

Ahora hay pruebas convincentes de que el centro de nuestra galaxia contiene un agujero negro supermasivo. Los científicos del Instituto Max Planck de Física Extraterrestre en Garching y en otros lugares han medido su masa de manera muy precisa, pero muchas de sus propiedades aún no se entienden.

El descubrimiento de magnetares en su proximidad inmediata ayuda a explicar algunas de las observaciones. Los magnetares son una raza rara en la población de púlsares (sólo 4 de cada 2.000 púlsares conocidos hasta la fecha), lo que sugiere que podría haber una gran población de estos púlsares en el centro galáctico. Pero no se entiende por qué no han sido detectados por investigaciones anteriores. Se pensaba que una dispersión muy fuerte de las ondas de radio en los inicios podría ser la razón, pero el descubrimiento de PSR J1745-2900 parece ir contra esta teoría.

Por desgracia, el púlsar recién descubierto está todavía demasiado lejos del agujero negro para sondear con precisión el espacio-tiempo desde sus mínimos orbitales, pues su período asciende a unos 500 años. Además los púlsares magnetares son muy ruidosos, y por lo tanto inexactos utilizándolos como relojes. «Idealmente, nos gustaría descubrir púlsares de giro más rápido que se encontraran aún más cerca de Sagitario A, lo que permitiría una sincronización más precisa», dice Ralph Eatough. «El nuevo púlsar ha elevado considerablemente las esperanzas de esta posibilidad en el futuro».

El púlsar está situado a medio año luz de distancia del Sagitario A, una gran fuente de radio compacta y brillante que existe en el centro de nuestra galaxia y que multitud de estudios científicos asocian con un agujero negro supermasivo.

El descubrimiento ha estado a cargo de un equipo de astrónomos del Instituto Max Planck de Bonn (Alemania) y sugiere que el púlsar hallado indica la existencia de un importante campo magnético en el centro de la Vía Láctea y por tanto, también alrededor del agujero negro.

Para llegar a esta conclusión, los científicos partieron de estudios previos que aseguran que los campos magnéticos son propios de las estrellas de neutrones por lo que, dada la cercanía entre el nuevo púlsar y el Sagitario A, el intenso campo magnético del primero alcanzaría las cercanías del segundo.

Engulle la materia de su alrededor

«Este campo magnético podría desvelar la forma en que el agujero negro engulle la materia de su alrededor y por qué parece ser tan inactivo en comparación con otros agujeros negros del resto del universo», explicó a Efe Ralph Eatough , jefe de la investigación.

Según el equipo alemán, esta influencia sobre el Sagitario A es clave para esclarecer importantes hipótesis sobre el agujero negro supermasivo que alberga el centro de nuestra galaxia, como medir con exactitud el flujo de gas caliente del que se alimenta.

Los científicos también creen que con el estudio de este campo magnético podrían justificar las recientes emisiones de radio y de rayos X procedentes del agujero negro, responsables de su «actual resplandor».

La investigación se ha llevado a cabo a lo largo de dos años explorando el centro de la Vía Láctea a través de un radiotelescopio con una antena de cien metros de diámetro.

Aunque diversos trabajos anteriores también defienden la existencia de un campo magnético alrededor del agujero negro de la Vía Láctea, según Eatough, este es el primer estudio que da evidencias reales sobre su cercanía .

Se trata de un descubrimiento con un «gran impacto sobre la astrofísica» pues «la influencia de los campos magnéticos sobre los agujeros negros es crucial para comprender la forma en que la galaxia evoluciona a lo largo de la historia», señaló el astrónomo.

Para el equipo encabezado por este experto, el hallazgo aumenta las posibilidades de encontrar nuevos púlsares « aún más cercanos al agujero negro », por lo que seguirán investigando en la misma línea.

A la vez, pretenden emprender nuevos estudios que prueben la teoría de la Relatividad anunciada por Einstein a principios del siglo XX, con el objetivo de explicar con más detalle cómo funciona la fuerza de la gravedad», añadió Eatough.