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Hace cincuenta años, el descubrimiento de un estudiante graduado cambió el curso de la astrofísica

El telescopio de matriz dipolar, una masa de cables y postes que se extendía sobre un área del tamaño de 57 canchas de tenis, tardó más de dos años en construir a los estudiantes de la Universidad de Cambridge. Pero después de que el telescopio se terminó en julio de 1967, la estudiante graduada Jocelyn Bell Burnell tardó solo unas pocas semanas en detectar algo que pudiera alterar el campo de la astronomía.

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El telescopio gigante en forma de red produjo suficientes datos para llenar 700 pies de papel cada semana. Al analizar esto, Bell Burnell notó una débil señal repetitiva que ella llamó "desaliño", una secuencia regular de pulsos, separados por 1, 33 segundos. Con la ayuda de su supervisor Antony Hewish, Bell Burnell pudo capturar la señal nuevamente más tarde ese otoño e invierno.

La señal no se parecía a nada que un astrónomo hubiera visto antes. Sin embargo, en poco tiempo, Bell Burnell descubrió más balizas pequeñas, como las primeras, pero pulsando a diferentes velocidades en diferentes partes del cielo.

Después de eliminar explicaciones obvias como la interferencia de radio de la Tierra, los científicos dieron a la señal el apodo imaginativo LGM-1, para "pequeños hombres verdes" (más tarde se convirtió en CP 1919 para "pulsar de Cambridge"). Aunque no pensaron seriamente que podrían ser extraterrestres, la pregunta seguía siendo: ¿qué otra cosa en el universo podría emitir una señal tan regular y constante?

Afortunadamente, el campo de la astronomía estaba colectivamente listo para sumergirse en el misterio. Cuando el descubrimiento apareció en la prestigiosa revista Nature el 24 de febrero de 1968, otros astrónomos pronto dieron una respuesta: Bell Burnell había descubierto púlsares, una forma previamente inimaginable de estrella de neutrones que giraba rápidamente y emitía rayos de rayos X o radiación gamma. .

"Los púlsares no se anticiparon por completo, por lo que fue notable el descubrimiento de algo en lo que nunca habíamos pensado en términos basados ​​en la teoría", dice Josh Grindlay, un astrofísico de la Universidad de Harvard que era estudiante de doctorado en Harvard mientras la emoción giraba en torno al descubrimiento. "El descubrimiento de los púlsares destaca por decirnos que el mundo de los objetos compactos era muy real". En los últimos 50 años, los investigadores han estimado que hay decenas de millones de púlsares solo en nuestra galaxia.

Susan_Jocelyn_Bell_ (Burnell), _ 1967.jpg Bell Burnell en 1967, el año en que observó lo que los astrofísicos pronto identificarían como los primeros púlsares conocidos. (Wikimedia Commons)

Por objetos compactos, Grindlay significa aquellos objetos celestes exóticos que incluyen agujeros negros y estrellas de neutrones. Las estrellas de neutrones fueron propuestas en 1934 por los físicos Walter Baade y Fritz Zwicky, pero se pensó que eran demasiado oscuras y diminutas para que los científicos las identificaran en la realidad. Se pensó que estas estrellas increíblemente pequeñas y densas eran el resultado del proceso de supernova, cuando una estrella enorme explota y la materia restante colapsa sobre sí misma.

Baade y Zwicky tenían razón. Como descubrieron los astrofísicos, los púlsares eran un pequeño subconjunto de estrellas de neutrones y, como eran visibles, demostraron la existencia de otras estrellas de neutrones. Hecho de neutrones apretados, los púlsares pueden tener un diámetro de solo 13 millas, pero contienen el doble de la masa del sol. Para poner eso en perspectiva, una porción de estrella de neutrones del tamaño de un cubo de azúcar pesaría la misma cantidad que el Monte Everest. El único objeto en el universo con una densidad más alta que las estrellas de neutrones y los púlsares es un agujero negro.

Lo que diferencia a los púlsares de otras estrellas de neutrones es el hecho de que giran, como las puntas, algunas tan rápidamente que se acercan a la velocidad de la luz. Este movimiento giratorio, combinado con los campos magnéticos que crean, hace que un rayo salga disparado a ambos lados, no tanto como el resplandor constante de nuestro Sol, sino más bien como el foco giratorio de un faro. Fue este parpadeo lo que permitió a los astrofísicos observar y detectar los púlsares en primer lugar, e inferir la existencia de estrellas de neutrones, que permanecen invisibles.

"En el momento en que esto sucedía, no sabíamos que había cosas entre las estrellas, y mucho menos que era turbulento", dijo Bell Burnell al New Yorker en 2017, reflexionando sobre su observación histórica. "Esa es una de las cosas que surgieron del descubrimiento de los púlsares: más conocimiento sobre el espacio entre las estrellas".

Además de demostrar la existencia de estrellas de neutrones, los púlsares también perfeccionaron nuestra comprensión de la física de partículas y proporcionaron más evidencia de la teoría de la relatividad de Einstein. "Debido a que son tan densos, impactan el tiempo espacial", dice el físico de la Universidad Estatal de San Diego, Fridolin Weber. "Si tiene buenos datos sobre los púlsares, entonces la teoría de Einstein se puede probar contra las teorías de la competencia".

En cuanto a las aplicaciones prácticas, los púlsares son casi tan precisos como los relojes atómicos, que miden el tiempo con mayor precisión que cualquier otra cosa a través de los movimientos regulares de los átomos energizados. Si alguna vez enviáramos astronautas al espacio, los púlsares podrían funcionar como puntos de navegación, dice Weber. De hecho, cuando la NASA lanzó las sondas Voyager en la década de 1970, la nave espacial incluía un mapa de la ubicación de nuestro Sol en la galaxia basado en 14 púlsares (aunque algunos científicos han criticado el mapa porque descubrimos que hay muchos más púlsares en la galaxia). de lo que se creía anteriormente).

Más recientemente, los científicos se han vuelto optimistas sobre el uso de púlsares para detectar ondas gravitacionales, al monitorearlas para detectar anormalidades diminutas. Estas ondas en el espacio-tiempo, que reivindicaron a Einstein y ayudaron a los científicos a comprender cómo los objetos súper masivos y densos impactan en el espacio, les valieron a sus descubridores el Premio Nobel de Física 2017, al igual que Antony Hewish había ganado el Premio de Física en 1974. (Bell Burnell no fue galardonado con el premio, tal vez por su condición de estudiante de posgrado, como ella dice, o por ser mujer, como lo han sugerido otros.) Ahora, los científicos planean usar púlsares para encontrar ondas gravitacionales que incluso LIGO no puede detectar.

Sin embargo, quedan muchas preguntas sobre el comportamiento de los púlsares y su lugar en la galaxia. "Todavía no entendemos completamente la electrodinámica exacta de lo que produce los pulsos de radio", dice Grindlay. Si los científicos pudieran observar un púlsar en un sistema binario con un agujero negro, los dos objetos que interactúan entre sí, eso proporcionaría aún más información sobre la naturaleza de la física y el universo. Gracias a los nuevos telescopios como la matriz de kilómetros cuadrados en Sudáfrica y el telescopio esférico de apertura de quinientos metros (FAST) en China, es probable que los físicos tengan muchos más datos para trabajar pronto.

"Tenemos muchos modelos sobre objetos y materia súper densa [como los púlsares], pero para saber qué sucede realmente y cómo describirlos en detalle, necesitamos datos de alta calidad", dice Weber. “Esta es la primera vez que estamos a punto de tener estos datos. El futuro es realmente emocionante ".

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