El Fermi Large Area Telescope (LAT) ofrece ventajas significativas para la búsqueda de púlsares al localizar fuentes de rayos gamma no identificadas con gran precisión, lo que permite a los investigadores apuntar radiotelescopios como el Radiotelescopio MeerKAT a coordenadas específicas. Esta sinergia ha revolucionado el campo al reducir el área de búsqueda de todo el cielo a unos pocos miles de candidatos "tipo púlsar". Al identificar fuentes que emiten rayos gamma pero carecen de una contrapartida de radio conocida, los astrónomos pueden descubrir eficientemente nuevos púlsares de milisegundo (MSP) y contribuir al creciente catálogo de objetos cósmicos de alta energía que son esenciales para la detección de ondas gravitacionales.
¿Cuántos nuevos púlsares se descubrieron en el sondeo TRAPUM UHF?
El sondeo TRAPUM UHF identificó 15 nuevos púlsares mediante una búsqueda dirigida de 79 fuentes de rayos gamma no identificadas utilizando el Radiotelescopio MeerKAT. Estos descubrimientos incluyen nueve púlsares de milisegundo (MSP) de rotación rápida y seis púlsares lentos, lo que expande significativamente la población conocida de estas exóticas estrellas de neutrones y confirma que siete de los MSP están directamente asociados con fuentes de Fermi-LAT.
La investigación fue realizada por la colaboración Transients and Pulsars with MeerKAT (TRAPUM), un equipo internacional que utiliza la potencia de la red del Radiotelescopio MeerKAT de Sudáfrica. Liderado por investigadores como Ramesh Karuppusamy, Michael Kramer y Francesca Calore, el equipo empleó una técnica de aprendizaje automático de bosque aleatorio (random forest) para cribar el Cuarto Catálogo de Fuentes de Fermi-LAT. Este método les permitió seleccionar candidatos que mostraban las propiedades espectrales características de los púlsares antes de dedicar tiempo de observación de radio de alta resolución.
Cada uno de los 79 objetivos fue observado durante 10 minutos en dos épocas distintas para asegurar la validez de las detecciones. Esta estrategia no solo dio como resultado 15 nuevos objetos, sino que también permitió la sincronización conjunta de púlsares en radio y rayos gamma. Al alinear los pulsos de radio con los datos de rayos gamma del telescopio espacial Fermi, el equipo pudo confirmar la asociación física entre las estrellas de neutrones que emiten radio y las emisiones de rayos gamma de alta energía detectadas desde la órbita.
¿Cómo se compara el receptor UHF con la banda L en la detección de púlsares?
El receptor de ultra alta frecuencia (UHF) del Radiotelescopio MeerKAT, que opera entre 544 y 1088 MHz, demostró una sensibilidad superior para púlsares más tenues en comparación con las búsquedas tradicionales en banda L. Al utilizar frecuencias más bajas, el sondeo TRAPUM logró una mayor tasa de detección de nuevos púlsares de milisegundo de rayos gamma, demostrando que la banda UHF es más efectiva para descubrir señales sutiles que podrían estar ocultas en frecuencias más altas.
La metodología implicó una comparación directa entre sondeos anteriores en banda L (que operan a frecuencias más altas, alrededor de 1284 MHz) y los nuevos datos UHF. Los resultados indicaron que la banda UHF es particularmente hábil para encontrar púlsares con índices espectrales pronunciados, aquellos que son mucho más brillantes a frecuencias más bajas. Esta ventaja técnica es crucial para identificar púlsares "tenues" que podrían haber sido pasados por alto anteriormente por equipos menos sensibles o sondeos de mayor frecuencia.
- Rango de frecuencia: UHF (544-1088 MHz) vs. banda L (~1284 MHz).
- Sensibilidad: Detección mejorada de objetos con baja densidad de flujo.
- Eficiencia: Mayor tasa de descubrimiento por hora de observación para candidatos de rayos gamma.
- Medio interestelar: Capacidad mejorada para mitigar los efectos de dispersión y difusión para ciertas clases de púlsares.
Caníbales cósmicos: El descubrimiento de púlsares araña
Los púlsares araña son sistemas binarios raros donde un púlsar de milisegundo erosiona sistemáticamente a su estrella compañera mediante radiación intensa y vientos de partículas de alta energía. Estos sistemas se categorizan según la masa de la estrella compañera: las Viudas Negras (Black Widows) presentan compañeras de masa extremadamente baja (menos de 0,1 masas solares), mientras que los Redbacks involucran estrellas compañeras más pesadas y sustanciales que a menudo eclipsan la señal de radio del púlsar.
Entre los nueve púlsares de milisegundo descubiertos en el sondeo TRAPUM, los investigadores identificaron tres Viudas Negras y tres Redbacks. Estos hallazgos son particularmente significativos porque los púlsares araña proporcionan un laboratorio único para estudiar el proceso de "reciclaje", en el cual un púlsar aumenta su velocidad de rotación hasta periodos de milisegundos mediante la acreción de materia de su pareja. El intenso viento del púlsar en estos sistemas eventualmente comienza a evaporar a la compañera, lo que conduce a una dramática danza cósmica de la muerte que finalmente puede dejar al púlsar aislado.
El descubrimiento de estos seis sistemas araña se vio reforzado por la observación de eclipses de radio. En estos casos, el gas que es arrancado de la estrella compañera crea una mortaja que bloquea periódicamente los pulsos de radio antes de que lleguen a la Tierra. Al medir estos eclipses y estimar la masa de la compañera, Ramesh Karuppusamy y el equipo pueden comprender mejor las tasas de supervivencia de las estrellas en proximidad cercana a las estrellas de neutrones.
¿Cuáles son las implicaciones para la física de las estrellas de neutrones?
El descubrimiento de estos 15 púlsares proporciona datos críticos para comprender las vías evolutivas de los sistemas binarios y la física extrema de la materia de las estrellas de neutrones. Al vincular las observaciones de radio con los datos de rayos gamma, los científicos pueden refinar los modelos de los mecanismos de emisión de los púlsares y explorar cómo estos objetos transicionan de estrellas de rotación lenta a los púlsares de milisegundo ultrarrápidos utilizados en la investigación de ondas gravitacionales.
La astronomía multionda es esencial para obtener una imagen completa del universo. La capacidad de realizar una sincronización conjunta a través del espectro electromagnético permite una precisión sin precedentes en la medición de la rotación y la dinámica orbital de estas estrellas. Esta precisión es vital para la detección final del fondo de ondas gravitacionales de nanohertzios, ya que un conjunto más grande y diverso de púlsares sincronizados aumenta la sensibilidad de las matrices globales de sincronización de púlsares (Pulsar Timing Arrays).
Además, la variedad de la población encontrada —que va desde púlsares lentos hasta MSP altamente energéticos— resalta la diversidad del Cuarto Catálogo de Fuentes de Fermi-LAT. Sugiere que muchas de las fuentes de rayos gamma no identificadas restantes en nuestra galaxia son probablemente estrellas de neutrones que esperan ser descubiertas por la próxima generación de receptores de radio sensibles.
¿Qué sigue para el sondeo TRAPUM y MeerKAT?
Las observaciones futuras se centrarán en la sincronización a largo plazo de estos nuevos descubrimientos para mapear con precisión sus órbitas y buscar efectos relativistas adicionales. El sondeo TRAPUM continúa escaneando el cielo, con el Radiotelescopio MeerKAT sirviendo como un precursor principal para el Square Kilometre Array (SKA), que eventualmente se convertirá en el radiotelescopio más grande y sensible del mundo.
El éxito del sondeo UHF sugiere que el cambio hacia observaciones de menor frecuencia podría producir aún más descubrimientos en regiones de la galaxia que anteriormente se pensaba que estaban vacías. Los investigadores planean expandir la búsqueda para incluir aún más candidatos de los catálogos de Fermi-LAT, descubriendo potencialmente la población "perdida" de púlsares que actualmente elude nuestros umbrales de detección actuales. A medida que Michael Kramer y otros colaboradores refinan sus algoritmos de búsqueda, la sinergia entre los telescopios de rayos gamma espaciales y las redes de radio terrestres seguirá siendo el estándar de oro para el descubrimiento de púlsares.
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