Durante más de 20 años, los astrónomos han estado desconcertados por un patrón fascinante de franjas brillantes y espaciadas uniformemente en las ondas de radio del púlsar del cangrejo, un remanente denso de supernova registrado en 1054 por astrónomos chinos y japoneses.
En 2024, un astrónomo teórico de la Universidad de Kansas propuso una solución que explicaba gran parte de este inusual patrón de “cebra”. Ahora, a través de un análisis refinado, ha identificado el efecto lente de la gravedad como el último ingrediente que falta para explicar completamente el fenómeno.
“La gravedad cambia la forma del espacio-tiempo”, dijo Mikhail Medvedev, profesor de física y astronomía de KU, quien presentará sus hallazgos en la Cumbre de Física Global 2026 de la Sociedad Estadounidense de Física del 15 al 20 de marzo en el Centro de Convenciones de Colorado en Denver.
Un artículo relacionado, aceptado por el Journal of Plasma Physics, revisado por pares, está actualmente disponible en el sitio de preimpresión arXiv.
“La luz no viaja en línea recta en un campo gravitacional porque el espacio mismo es curvo”, dijo. “Lo que sería recto en el espacio-tiempo plano se vuelve curvo en presencia de una fuerte gravedad. En ese sentido, la gravedad actúa como una lente en el espacio-tiempo curvo”.
La gravedad y el plasma crean un tira y afloja cósmico único
Aunque las lentes gravitacionales son bien conocidas en el estudio de los agujeros negros, Medvedev dijo que este es el primer caso observado en el que tanto la gravedad como el plasma trabajan juntos para dar forma a una señal detectada desde el espacio.
“En las imágenes de agujeros negros, la gravedad por sí sola da forma a la estructura”, dijo. “En el púlsar del Cangrejo, tanto la gravedad como el plasma trabajan juntos. Esto representa la primera aplicación en el mundo real de este efecto combinado”.
El Pulsar del Cangrejo se encuentra en el centro de la Nebulosa del Cangrejo en el brazo de Perseo de la Vía Láctea, a unos 6.500 años luz de la Tierra. Su distancia relativamente cercana y su clara visibilidad lo convierten en un objeto clave para estudiar estrellas de neutrones, restos de supernovas y nebulosas.
Una señal peculiar como ningún otro púlsar
Medvedev describió la señal del púlsar como muy inusual. En lugar de un espectro continuo como la luz solar, que se extiende suavemente a través de todos los colores, el púlsar del Cangrejo produce bandas distintas y separadas.
“Existe un patrón notable en el espectro de los púlsares”, afirmó Medvedev. “A diferencia de un espectro amplio normal, como la luz solar, que tiene una gama continua de colores, los cangrejos muestran bandas espectrales discretas entre pulsos de alta frecuencia. Si es un arco iris, parece que sólo ciertos ‘colores’ son visibles, nada intermedio”.
La mayoría de los púlsares emiten ondas de radio que son ruidosas y se distribuyen en frecuencias. Los púlsares del cangrejo se destacan con franjas muy definidas separadas por una oscuridad total.
“Las rayas son completamente diferentes y hay una completa oscuridad en ellas”, dijo Medvedev. “Hay una banda brillante, luego nada, una banda brillante, nada. Ningún otro púlsar muestra tales estrías. Esta singularidad hace que el púlsar del Cangrejo sea particularmente interesante -y desafiante- de entender”.
La gravedad proporciona la pieza que falta
Las versiones anteriores del modelo de Medvedev podían reproducir el patrón de rayas, pero no coincidían con el fuerte contraste observado en observaciones reales. Su investigación demostró que el plasma alrededor del púlsar propaga ondas electromagnéticas al doblarse y dispersarse, lo que ayuda a formar el patrón.
Ahora, añadiendo la teoría de la gravedad de Einstein al modelo, explicó el contraste faltante.
“Los modelos teóricos anteriores pueden reproducir las rayas, pero no con el contraste observado. La inclusión de la gravedad proporciona la pieza que falta”, dijo Medvedev. “El plasma en la magnetosfera del púlsar puede considerarse como una lente, pero una lente desenfocante. La gravedad, por el contrario, actúa como una lente de enfoque. El plasma tiende a esparcir los rayos de luz; la gravedad los atrae hacia adentro. Cuando estos dos efectos se superponen, crean caminos específicos el uno para el otro”.
Patrones de interferencia forman rayas de cebra
La interacción entre el plasma y la gravedad crea múltiples caminos para las ondas de radio del púlsar. Cuando estos caminos están alineados, las ondas pueden reforzarse o cancelarse entre sí, creando un patrón de bandas brillantes y oscuras.
Los investigadores de KU dicen que la combinación de un plasma magnetosférico desenfocado y una gravedad enfocada crea bandas de interferencia en fase y fuera de fase de intensidad de ondas de radio que aparecen como las franjas de cebra del púlsar del Cangrejo.
“Por simetría, existen al menos dos caminos de este tipo para la luz”, afirmó. “Cuando dos caminos casi idénticos llevan luz a un observador, crean un interferómetro. Las señales se combinan. En algunas frecuencias, se refuerzan entre sí (en fase), creando bandas brillantes. En otras, se cancelan (fuera de fase), creando oscuridad. Ésta es la esencia del patrón de interferencia”.
Una nueva herramienta para estudiar estrellas de neutrones
Medvedev cree que ahora se comprende en gran medida el mecanismo básico detrás de las rayas de cebra, aunque mayores mejoras podrían mejorar la precisión.
“Parece que se necesita poca física adicional para explicar cualitativamente las rayas”, dijo Medvedev. “Cuantitativamente, puede haber refinamientos. Por ejemplo, los tratamientos actuales incluyen la gravedad en una aproximación fija de orden más bajo. Los púlsares giran y los efectos de la rotación pueden causar cambios cuantitativos, aunque no cualitativos”.
Este nuevo modelo podría brindar a los científicos una forma poderosa de estudiar los sistemas gravitacionales giratorios y comprender mejor los púlsares, que suelen ser difíciles de visualizar directamente. También puede ayudar a mapear cómo se distribuye la materia alrededor de las estrellas de neutrones e incluso proporcionar pistas sobre su composición interna a través de su influencia gravitacional.
