Los astrónomos han creído durante mucho tiempo que la Vía Láctea está llena de estrellas de neutrones, los densos restos que quedan cuando las estrellas masivas explotan. El problema es que la mayoría de estos objetos son casi imposibles de ver. Se ha publicado un nuevo estudio. Astronomía y Astrofísica El próximo telescopio espacial Nancy Grace Roman de la NASA finalmente podrá descubrir algunos de ellos.
Utilizando simulaciones avanzadas de la Vía Láctea y predicciones de futuras observaciones romanas, los investigadores descubrieron que el telescopio espacial podría detectar y estudiar docenas de estrellas de neutrones aisladas mediante un fenómeno conocido como microlente gravitacional.
“La mayoría de los neutrones son relativamente débiles y están solos”, dijo Zofia Kaczmarek de la Universidad de Heidelberg en Alemania, quien dirigió el estudio. “Son increíblemente difíciles de detectar sin algún tipo de ayuda”.
Roman cómo detectar estrellas de neutrones invisibles.
Las estrellas de neutrones tienen más masa que el Sol en un objeto del tamaño aproximado de una ciudad. Los científicos los estudian para comprender mejor cómo las estrellas evolucionan, explotan y distribuyen elementos pesados por todo el cosmos. También brindan una oportunidad única de investigar la materia en las condiciones más extremas (presión y concentración) imaginables.
La mayoría de las estrellas de neutrones están ocultas a menos que aparezcan como púlsares que emiten ondas de radio o brillan intensamente en rayos X. Incluso los telescopios más potentes pueden pasar por alto estrellas de neutrones aisladas que producen poca o ninguna luz detectable.
El telescopio espacial romano podría encontrarlos indirectamente. Cuando un objeto masivo como una estrella de neutrones pasa frente a una estrella más distante, su gravedad desvía y magnifica la luz estelar de fondo. Este efecto, llamado microlente, hace que la estrella distante parezca temporalmente más brillante y ligeramente desplazada en el cielo.
Muchos telescopios pueden detectar breves destellos de luz causados por microlentes, pero se espera que Roman haga mucho más. El observatorio medirá con precisión tanto el aumento de brillo (fotometría) como los pequeños movimientos posicionales (astrometría) de la estrella de fondo.
Como las estrellas de neutrones son relativamente pesadas, producen una señal astrométrica más fuerte que los objetos más pequeños. Esto significa que Roman no sólo puede detectar estrellas de neutrones ocultas, sino también medir su masa, lo cual es extremadamente difícil de lograr utilizando únicamente la fotometría.
“Lo realmente interesante del uso de microlentes es que se pueden obtener mediciones directas de masa”, dijo el coautor del artículo, Peter McGill, del Laboratorio Nacional Lawrence Livermore. “La fotometría nos dice que algo se ha movido delante de la estrella, pero es la cantidad de cambio en la posición de la estrella lo que nos dice qué tan masivo es el objeto. Al medir esa pequeña desviación en el cielo, podemos pesar directamente algo que de otro modo sería invisible”.
Resolviendo el misterio de la estrella de neutrones
Las observaciones de Roman podrían ayudar a los científicos a responder preguntas clave sobre las estrellas de neutrones y los agujeros negros, incluso si existe una diferencia real en sus masas. La misión también podría revelar qué tan rápido viajan las estrellas de neutrones a través de las galaxias.
Los investigadores están particularmente interesados en las poderosas “patadas” que reciben las estrellas de neutrones durante las explosiones de supernova. Estos eventos violentos pueden lanzarlos al espacio a cientos de millas por segundo.
El equipo planea utilizar el futuro Estudio del Dominio del Tiempo del Bulto Galáctico de ROMAN, que observará repetidamente millones de estrellas en grandes extensiones del cielo.
“Vamos a trabajar a medida que comiencen a llegar los datos”, dijo McGill. “Ya en los primeros meses tras la puesta en servicio esperamos empezar a identificar acontecimientos prometedores”.
Incluso un pequeño número de descubrimientos confirmados puede mejorar significativamente los modelos de explosiones estelares y el comportamiento de la materia en condiciones extremas.
“No conocemos con certeza la distribución de masas de las estrellas de neutrones, los agujeros negros o dónde termina uno y comienza el otro”, dijo McGill. “Roman realmente supondrá un gran avance en esto”.
Una población oculta esperando ser descubierta
Hasta ahora, los astrónomos han detectado sólo unos pocos miles de estrellas de neutrones, la mayoría de ellas identificadas como púlsares. Sin embargo, los científicos estiman que la Vía Láctea puede contener entre varios millones y decenas de millones de estrellas de neutrones. Los investigadores sólo han podido medir la masa de las estrellas de neutrones en sistemas binarios en los que dos objetos orbitan entre sí.
“Estamos analizando una pequeña muestra que no es representativa del panorama general”, dijo Kaczmarek. “Incluso una sola medición de masa sería muy poderosa. Si encontramos una sola estrella de neutrones aislada, ya será increíblemente estimulante para nuestra investigación”.
El estudio también destaca un beneficio científico inesperado de la misión romana. Aunque el estudio del telescopio fue diseñado originalmente para descubrir exoplanetas mediante microlentes fotométricas, su precisión astrométrica mejorada podría abrir la puerta a un tipo de descubrimiento completamente nuevo.
“No era parte del plan original”, dijo McGill. “Pero resulta que las capacidades astrométricas de ROMAN son realmente buenas para detectar estrellas de neutrones y agujeros negros, por lo que podemos agregar un tipo de ciencia completamente nuevo al estudio de ROMAN”.
Si las predicciones son correctas, Roman podría proporcionar la primera gran colección de estrellas de neutrones aisladas detectadas únicamente a través de sus efectos gravitacionales. Se espera que la misión amplíe drásticamente el estudio de las microlentes y descubra poblaciones ocultas de objetos en toda la Vía Láctea, incluidos planetas rebeldes y restos estelares como estrellas de neutrones.
El Telescopio Espacial Romano Nancy Grace funciona en el Centro de Vuelo Espacial Goddard de la NASA en Greenbelt, Maryland, con la participación del Laboratorio de Propulsión a Chorro de la NASA en el sur de California; Caltech/IPAC en Pasadena, California; Instituto de Ciencias del Telescopio Espacial en Baltimore; y un equipo científico formado por científicos de diversas instituciones de investigación. El principal socio industrial es BAE Systems Inc. en Boulder, Colorado. L3 Harris Technologies de Rochester, Nueva York; y Teledyne Scientific & Imaging en Thousand Oaks, California.
