Pulsars de Milisegundos Transicionales: Una Nueva Mirada

Los pulsars milisegundo transicionales (tMSPs) son un grupo único de objetos cósmicos. Conectan dos tipos de cuerpos celestes: binarios de Rayos X de baja masa y pulsars de radio milisegundo. Estos pulsars cambian entre dos estados diferentes: uno donde emiten ondas de radio y otro donde crean un disco de rayos X de baja luminosidad. Este cambio ocurre en intervalos impredecibles, a menudo dentro de semanas o meses.

El tMSP PSR J1023 0038, conocido, fue descubierto en 2007. Tiene una rotación muy rápida, marcando 1.69 milisegundos. Este pulsar orbita una estrella compañera pequeña, completando su trayectoria cada 4.75 horas. En 2013, los observadores notaron un aumento repentino en el brillo a través de múltiples longitudes de onda, incluyendo luz de rayos X y gamma, así como señales ultravioletas y ópticas. La señal de radio desapareció durante este período, sugiriendo un cambio en su estado.

#Observaciones y Métodos de Investigación

En junio de 2021, los investigadores llevaron a cabo una campaña de observación completa en PSR J1023 0038. El estudio utilizó 12 telescopios e instrumentos diferentes, cubriendo un amplio rango de longitudes de onda, desde ondas de radio hasta rayos X. Esta fue la campaña de observación más extensa para este pulsar hasta la fecha.

La campaña se dividió en dos noches. La primera noche incluyó observaciones con instrumentos como XMM-Newton y el Telescopio Espacial Hubble. La segunda noche se basó en observaciones de NICER y el Telescopio Muy Grande. Cada instrumento capturó diferentes aspectos de la actividad del pulsar, permitiendo un análisis multidimensional.

#Descubriendo el Cambio de Modo

Durante las observaciones, los investigadores notaron que el brillo de rayos X cambiaba entre dos modos: alto y bajo. Estos modos se caracterizan por diferentes niveles de brillo e intervalos de fogonazos. El pulsar pasó alrededor del 70-80% del tiempo de observación en el modo alto, mientras que el modo bajo solo representó el 20-30%.

En modo alto, estaban presentes rayos X, luz ultravioleta y luz óptica. En cambio, estas señales desaparecieron durante el modo bajo. Los investigadores también observaron parpadeos y fogonazos en la luz óptica e infrarroja cercana, particularmente asociados con el Disco de Acreción y la estrella compañera.

#Un Vistazo Más Cercano a los Patrones de Emisión

El estudio se centró en entender por qué ocurren estos cambios de modo. Al crear modelos de las emisiones de luz durante ambos estados, los investigadores descubrieron que los cambios probablemente se debían a alteraciones en la zona más interna del disco de acreción que rodea al pulsar.

Las emisiones durante el modo alto estaban ligadas a eyecciones de masa discretas que ocurren por encima de un chorro compacto, que es un estrecho flujo de material alejándose del pulsar. Esto fue evidenciado por fogonazos milimétricos detectados durante las transiciones entre los modos alto y bajo, marcando los momentos de eyección de masa.

#Emisión de Radio y Desafíos

Los investigadores enfrentaron desafíos significativos al buscar emisiones de radio durante esta campaña. Los resultados mostraron señales de radio brillantes y variables durante episodios de modo bajo de rayos X. Sin embargo, no se detectaron pulsaciones de radio, que son las señales regulares típicamente esperadas de un pulsar, en ninguno de los modos. Los límites superiores en la densidad de flujo de radio pulsado fueron varios órdenes de magnitud más bajos de lo que se esperaría en el estado de pulsar de radio.

Esta falta de detección plantea preguntas sobre posibles razones. Una teoría es que la presencia de un disco de materia alrededor del pulsar podría obscurecer sus emisiones de radio. Así, podría haber una gran cantidad de material siendo expulsado sin alcanzar la superficie del pulsar.

#El Flujo de Materia en el Sistema

Entender cómo fluye la materia dentro del sistema es crucial para explicar el comportamiento observado. Durante el modo alto, el material entrante en el disco de acreción se expande, provocando un choque que produce la mayor parte de las emisiones de rayos X. Los vientos del pulsar, formados por partículas cargadas de alta energía, penetran este disco y colisionan con la materia entrante, generando un chorro compacto.

Cuando el sistema cambia al modo bajo, el material del disco puede ser expulsado, causando una caída en el brillo y un fin a las pulsaciones ópticas y de rayos X. El viento del pulsar sigue funcionando, generando un chorro que contribuye a las emisiones, aunque de una manera diferente en comparación con el modo alto.

#Emisiones Milimétricas y su Significado

Se detectaron emisiones milimétricas de PSR J1023 0038 por primera vez durante esta campaña. Estas emisiones indican la presencia de un chorro y sugieren interacciones complejas en el material circundante. Las mediciones revelaron una variabilidad sustancial, con algunos picos que indican estallidos significativos de energía.

El estudio también destacó que las emisiones milimétricas no se correlacionaron directamente con el comportamiento de rayos X, excepto durante breves eventos de fogonazo. Esta relación compleja complica aún más la imagen de cómo interactúan estas diferentes emisiones.

#La Imagen Física del Cambio de Modo

La secuencia de eventos que ocurre durante las transiciones entre los modos alto y bajo revela una imagen física detallada. Cuando está en modo alto, el disco de acreción interactúa activamente con el viento del pulsar, creando emisiones variables a través de diferentes longitudes de onda. El sistema parece alternar entre un estado estable de acreción y eyecciones de masa explosivas.

Las eyecciones de masa se consideran eventos discretos que marcan la transición del modo alto al bajo. El chorro y los vientos del pulsar juegan roles esenciales en impulsar estas eyecciones, y las emisiones resultantes ofrecen información sobre la dinámica involucrada. Finalmente, el flujo de material del disco de acreción regresa, restableciendo las condiciones que permiten la actividad en modo alto nuevamente.

#Conclusión y Direcciones Futuras

Los hallazgos de esta extensa campaña de observación avanzan significativamente nuestra comprensión de los pulsars milisegundo transicionales y sus comportamientos únicos. Las interacciones entre el pulsar, su disco de acreción y la materia que lo rodea ilustran las complejidades de estos sistemas. Los estudios en curso seguirán explorando estos fenómenos y brindando más información sobre el comportamiento de los pulsars y sus entornos.

Los futuros esfuerzos de investigación deberían centrarse en técnicas de observación mejoradas para capturar aún más detalles y refinar los modelos utilizados para entender estos sistemas dinámicos. Al observar más tMSPs y sistemas similares, los investigadores esperan descubrir verdades más profundas sobre los mecanismos que impulsan estos extraordinarios eventos cósmicos.