EL EXTRAÑO CASO DEL “PÚLSAR GEMINGA”

(Categoría = Final alternativo de una estrella)

Uno de los grandes méritos de la astronomía del siglo XX, ha sido abrir el estudio del cosmos al descubrimiento de todo tipo de radiación electromagnética más allá de la luz visible.
La radioastronomía, dio lugar a importantes descubrimientos, como el del fondo de radiación cósmica, vestigio de la gran explosión que en teoría originó al Universo. El desarrollo de satélites astronómicos permitió explorar la radiación infrarroja, ultravioleta, los rayos X y los rayos gamma, de objetos celestes de la naturaleza más insospechada.

La información que nos proporciona la radiación distinta a la luz visible, es tan importante que sin ella, nuestra visión del Universo sería solo una pieza del gran rompecabezas cósmico, sin la detección de estos rayos y frecuencias diferentes a las ordinarias, solo veríamos el universo en función de las magnitudes de los cuerpos que lo componen.

espectro1 espectro2* Imágenes que explican perfectamente el significado del concepto “espectro electromagnético” de la Luz. *

 

Un buen ejemplo de la importancia de la radioastronomía, la podemos asociar al hecho de localizar púlsares y cuásares lejanos, que actúan como mapas celestes de posicionamiento.

Hoy en concreto, les escribiremos a cerca de un curioso caso que nos presenta el conocido como “púlsar Geminga”, una de las fuentes celestes de rayos gamma más brillantes en el cielo.
Es la quinta mayor fuente conocida, por detrás del: púlsar del Cangrejo, el Blázar 3C454.3, el púlsar Vela y el centro de la Vía Láctea (Sagitario A*).

ºººº * Estas son las 5 mayores fuentes de rayos Gamma conocidas*

Los rayos gamma son la forma más extrema de radiación electromagnética, cada fotón de rayos gamma tiene una energía millones (o hasta miles de millones) de veces mayor que la de un fotón de luz ultravioleta, el componente más peligroso de la radiación solar que incide sobre nuestro cuerpo. Nuestro astro produce una mínima cantidad de estos rayos gamma en su núcleo, que hasta llegar a la superficie, se debilitan en gran mayoría antes de ser expulsados como partículas más leves, tales como las ondas de radio o la luz visible.
Afortunadamente la atmósfera nos protege de este tipo de radiación, a la vez que nos obliga a estudiarla desde instrumentos en órbita. La detección de rayos gamma no es fácil y nuestro conocimiento del cielo no es tan avanzado en esta rama de la astronomía como en otras.

Hasta la fecha han habido 5 satélites astronómicos de rayos gamma: el primero, llamado SAS-II, fue lanzado en 1972 y, después de seis meses de operación solo alcanzó a ver cuatro objetos en todo el cielo. El satélite europeo COS-B fue más exitoso, al operar de 1975 a 1982 y detectar 25 objetos. Pero no fue hasta el lanzamiento del Compton Gamma-Ray Observatory, en abril de 1991, que empezó realmente un estudio detallado de las fuentes celestes de rayos gamma. El telescopio EGRET, a bordo del Compton Observatory, contiene 271 fuentes registradas, la mayor parte de las cuales son un misterio, todas ellas registradas el año 2000. Un proyecto común entre la ESA, Rusia y EEUU fue la sonda INTEGRAL, lanzada en 2002 y que también reconoció muchas fuentes desconocidas de rayos gamma en el universo. Pero no ha sido hasta 2008, con el proyecto FERMI de la NASA, que se han obtenido los mejores resultados.

post-fermi* Solo hay que ver la imagen para entender la importancia del FERMI *

Cuando el satélite SAS-II reportó la detección de una intensa fuente de rayos gamma, equiparable a los pulsares de Vela y del Cangrejo, el resultado fue tomado con escepticismo. Esta fuente no coincidía con ningún objeto conocido y varios investigadores cuestionaron la validez del resultado, ya que los rayos gamma son relativamente difíciles de producir y se estaban observando en enormes cantidades.
La existencia del objeto del cual provenían, fue confirmado por el satélite europeo COS-B. Observaciones con el observatorio Einstein de rayos-X mostraron que la fuente de rayos gamma también emitía rayos-X, aunque extrañamente con un flujo miles de veces menor. El astrónomo Italiano Giovanni Bignami observó esta fuente de rayos-X con telescopios ópticos, encontrando como contraparte un debilísimo objeto de magnitud 25 situado a 552 años luz de aquí. Bignami bautizó a este enigmático objeto, situado en la constelación de Géminis, con el nombre de Geminga, que en dialecto Milanés significa ” no está ahí “.

El acertijo de Geminga persistió hasta la siguiente generación de satélites astronómicos. El satélite Alemán de rayos-X ROSAT, pudo detectar suficientes fotones provenientes de Geminga para emprender la búsqueda de pulsaciones en este objeto y deducir que la señal de Geminga se repite cada 237 milisegundos.
La revisión de los datos de COS-B y SAS-II, además de confirmar las pulsaciones, mostraron que este periodo de pulsación crece con el tiempo, tal y como ocurre sistemáticamente en los cientos de púlsares detectados en ondas de radio. Así, quedó establecido que Geminga es un púlsar, el único conocido que no emite ondas de radio.
A pesar de que en 1997 Kuzmin y Malofev reportaron la detección de Geminga en ondas de radio de baja frecuencia, la señal de radio es tan débil que Geminga sigue siendo catalogado como el único púlsar “radio silencioso”.

gem1* Imágenes compuestas por los telescópios Chandra y XMM-Newton. *
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Como todos los púlsares, Geminga es una pequeña estrella de neutrones de tan solo 20 kilómetros de diámetro (tamaño estándar), que nació como resultado de una supernova alrededor de 300.000 años atrás. No es particularmente poderosa, siendo su luminosidad comparable a la del Sol. Sin embargo, a diferencia de los demás pulsares conocidos, Geminga emite en rayos gamma mil veces más radiación que en rayos-X, un millón de veces más que en el óptico, y miles de millones de veces más que en ondas de radio.
Si bien Geminga es el único objeto de este tipo que hemos encontrado, un emisor perfecto de rayos gamma, se sospecha que las próximas generaciones de satélites astronómicos mostrarán que es en realidad el más brillante de una nueva clase de cuerpos astronómicos, ya que por ahora, solo hay teorías de lo que ocurre con este sujeto pero ninguna confirmación oficial, pues en teoría los cuerpos emiten radiación electromagnética de menor longitud de onda a más, mientras que Geminga nos muestra lo opuesto.

gemi2
Las últimas investigaciones realizadas demuestran que una especie de “burbuja” o envoltura, recubre el púlsar y solo es visible con ciertas longitudes de onda que nos permiten observar los rayos gamma, del mismo modo que en el centro de la Vía Láctea parece salir un haz de luz en forma de cacahuete por los casquetes.

Los rayos gamma se producen como resultado entre la aniquilación de materia con anti-materia, en este caso positrones y electrones. Uno de los espacios propensos a generar estos positrones, la anti-materia del electrón, es en los discos de acreción de un agujero negro.
Aunque no veamos desplazarse al púlsar Geminga, sí que podemos observar como parte de su superficie se mueve y conecta con otras regiones del espacio, como si fuesen eyecciones de masa coronal o gigantescas protuberancias. Esto es poco común en las estrellas de neutrones, que se caracterizan por ser muy compactas, de modo que este intercambio de materiales con el medio que las rodea, es el posible causante de que parte de los rayos-X de este púlsar se desintegren nada más nacer, eliminando así su rastro radiofónico mientras que los rayos gamma, los más radioactivos, tienen vía libre para prosperar.
Todavía no se ha demostrado con firmeza que este púlsar este cerca de un agujero negro, con lo que el origen de ese “extra” de positrones que generan rayos gamma, aún no está autentificado. Esta es una de las pocas soluciones al paradigma que nos ha ofrecido la comunidad científica, otra, fue que este púlsar está ubicado de cierta manera que siempre vemos frontalmente su haz de luz, aunque entonces, tendríamos que ver este fenómeno más a menudo, pero no es así de momento.

neutron* Dibujo de una estrella de neutrones *

Todavía es pronto para pronunciarse, pero si algo está claro, es que este púlsar es único en su especie, y no solo por las características extraordinarias que posee, sino porque también alberga planetas, cosa que ya se ha visto a menudo en otros sistemas estelares compuestos por alguna estrella de neutrones/ o púlsar.

En 1997 se anunció el descubrimiento de un planeta en órbita alrededor de Geminga en base a pequeñas desviaciones en el ritmo de emisión de rayos gamma, que podrían deberse a efectos gravitatorios de objetos circundantes. El hipotético planeta se encontraría a 3,3 UA de Geminga y tendría un período orbital de 5,1 años. Con una masa un 70% mayor que la masa de la Tierra y se trataría de un planeta terrestre. Sin embargo, el descubrimiento ha sido puesto en tela de juicio, ya que recientes análisis de los datos sugieren que las desviaciones pueden ser debidas a ruidos en la señal, ya que las fluctuaciones de rayos gamma son bastante bruscas en esa zona del cielo.

geminga* Representación artística del hipotético sistema planetario *

English Version = fatima@meteorologiaespacial.es

11 – The Mystery of Geminga Pulsar

(Category = Alternative Ending of a star)

 

One of the great merits of the astronomy of the twentieth century has been to open the study of the cosmos to discover all kinds of electromagnetic radiation. Radio astronomy led to important discoveries, such as the cosmic background radiation, a remnant of the Big Bang theory that originated the Universe originated. The development of astronomical satellites allowed exploring the infrared, ultraviolet, X-rays and gamma rays of celestial objects of the most unexpected nature.

The information that different radiation to visible light provides us is so important that without it, our view of the Universe would be only a piece of the great cosmic puzzle. Without the detection of these rays and frequencies different than the ordinary ones, we only would see the Universe depending on the magnitudes of the component objects. A good example of the importance of radio astronomy is that it can be associated to the fact that locating distant pulsars and quasars act as a celestial positioning maps.

Today in particular, we write about a curious case which presents the known as “Geminga pulsar”, one of the brightest celestial sources of gamma rays in the sky. It is the fifth largest known source behind the Crab pulsar, the Blazar 3C454.3, the Vela pulsar and the center of the Milky Way (Sagittarius A *).

ºººº* These are the five largest sources of gamma rays known *

The gamma rays are the most extreme form of electromagnetic radiation, each gamma ray photon has an energy millions (or even billions) of times greater than the one of a photon of ultraviolet light, the most dangerous component of solar radiation that influences on our body. Our star produces a minimal amount of these gamma rays in its core and when they go up to the surface, they mostly weaken before being expelled as milder particles, such as radio waves or visible light.

Fortunately the atmosphere protects us from this type of radiation, while it forces us to study it with orbiting instruments. The detection of gamma rays is not easy and our knowledge of heaven is not so advanced in this branch of astronomy than in others.

Till today there have been five gamma-ray astronomical satellites: the first one, called SAS-II, was released in 1972 and then, after six months of operation it could only see four objects across the sky. The European satellite COS-B was more successful, operating from 1975 to 1982 and detecting 25 objects. But it was not until the launch of the Compton Gamma-Ray Observatory, in April 1991, when actually it began a detailed study of celestial gamma-ray sources. The EGRET Telescope, aboard the Compton Observatory, contains 271 sources, most of which are a mystery, all of them registered in 2000. A joint project between ESA, Russia and the US was the INTEGRAL probe, launched in 2002, and it also acknowledged many unknown gamma-ray sources in the Universe. But it was not until 2008, with the NASA FERMI project, that we have obtained the best results.

When the SAS-II satellite reported the detection of an intense source of gamma rays, comparable to the Vela and the Crab pulsars, the result was taken with skepticism. This source did not match with any known object and several researchers questioned the validity of the result, because the gamma rays are relatively difficult to produce and they were watching them in huge quantities.

The existence of the object they came from was confirmed by the European satellite COS-B. Observations of X-ray with the Einstein observatory showed that the gamma ray source emitted X-rays too, although with a flow oddly thousand times smaller. The Italian astronomer Giovanni Bignami observed this X-rays source with optical telescopes, finding counterparty faintest object of magnitude 25 located 552 light years from here. Bignami named this enigmatic object, located in the constellation Gemini, with the name of Geminga, which in Milanese dialect means “is not there”.

The riddle of Geminga persisted until the next generation of astronomical satellites. The German X-ray satellite ROSAT could detect sufficient photons from Geminga to undertake the search of beats in this object and to deduce that Geminga signal is repeated every 237 milliseconds. The review of COS-B and SAS-II data, apart from confirming the pulses, showed that the pulsation period grows with time, as routinely happens in hundreds of pulsars detected in radio waves. Thus, it was established that Geminga is a pulsar, the only one known that does not emit radio waves.
Although in 1997 Kuzmin and Malofev reported detecting Geminga by radio waves of low frequency, the radio signal is so weak that Geminga is still listed as the only “silent radio” pulsar.

Like all pulsars, Geminga is a small neutron star with only 20 kilometers in diameter (standard size). It was born as a result of a supernova about 300,000 years ago. It’s not particularly powerful, and it is comparable to the Sun brightness. However, unlike other known pulsars, Geminga emits gamma rays with thousand times more radiation than X-rays, a million times more than in the optical, and billions of times more than radio waves. While Geminga is the only object of this type that we have found, a perfect gamma emitter, it is suspected that the next generations of astronomical satellites will show that is actually the brightest of a new class of astronomical bodies, as for now there are only theories of what happens with this object there is no official confirmation, because in theory, the objects emit electromagnetic radiation from shorter to larger wavelength, while Geminga shows us the opposite.

gem1

The latest research shows that a “bubble” or wrapping covers the pulsar and it is only visible with certain wavelengths that allow us to observe gamma rays, just as in the center of the Milky Way it seems to go out though the caps a bundle light with peanut shape.The gamma rays are produced as a result from the annihilation of matter with antimatter, in this case positrons and electrons. One of the areas likely to generate these positrons, the electron antimatter, is in accretion disks of a black hole.

Although we do not see to move around the Geminga pulsar, we can observe how part of its surface moves and connects to other regions of space, as if they were small CME`s. This is rare in neutron stars, which are characterized by being very compact, so that the exchange of materials with the environment that surrounds them, it is the possible cause that part of the X-rays of this pulsar disintegrates just when they are born, thus eliminating their radio trace while gamma rays, the most radioactive, have free reign to thrive.

It has not yet been demonstrated firmly that this pulsar is close to a black hole, so that the origin of the positron extra that generate gamma rays is not yet authenticated. This is one of the few solutions to the paradigm that the scientific community has given us. Another one was that this pulsar is located in a way that always we see frontally its beam, but then we would have to see this phenomenon more often, but it is not like this in this moment.

It is still early to say, but if anything is clear is that this pulsar is unique in its kind, not only by the extraordinary features that it has, but also because it harbors planets, which has already been seen often in other star systems composed of a neutron star / or pulsar.

In 1997 it was discovered a planet orbiting around Geminga due to small deviations in the rate of emission of gamma rays, which could be due to gravitational effects on surrounding objects. The hypothetical planet would be UA 3.3 far from Geminga and it would have an orbital period of 5.1 years. With a mass 70% greater than the mass of the Earth and it would be a terrestrial planet. However, the discovery has been put into question, as recent analysis of the data suggests that deviations may be due to noise in the signal, because the gamma-ray fluctuations are quite sharp in that area of the sky.

 

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