Los púlsares más rápidos

Los pulsares pueden girar más veloces que una turbina de jet, lo que les impone la obligación de ser pequeños

Cuando escribía estas líneas, se cumplían 50 años desde el descubrimiento del primer pulsar en noviembre de 1967. El hallazgo fue hecho por la estudiante de 23 años Joselyn Bell Burnell cuando trabajaba en su tesis doctoral bajo la dirección de Antony Hewish y, aunque se trató de un hecho de gran importancia para la astronomía, el final de la historia no fue feliz, como lo relatamos en esta misma columna en abril de 2010. (Puede verse el artículo completo en www.puntovernal. webnode.es). Un pulsar es el resto giratorio que queda después de la muerte de una estrella de gran masa o, en otras palabras, es una estrella de neutrones que gira. Las estrellas de neutrones están hechas de un material altamente comprimido en una esfera de unos pocos kilómetros de diámetro, de manera que su densidad es elevadísima, a tal punto una cucharada pesaría del orden de 500 millones de toneladas. Pues bien, al girar, estos cadáveres de estrellas se comportan como generadores eléctricos, y emiten radiaciones de varios tipos, en haces que recorren el espacio a la velocidad de la luz. Con el giro de la estrella, los haces van cambiando de dirección en el espacio y algunos de ellos pasan por el sitio donde se encuentra la Tierra, desde donde lo percibimos de manera intermitente, igual a como se ve desde un barco la luz giratoria de un faro.

El pulsar descubierto por Bell en 1967 emite sus destellos cada 1,33 segundos, lo que es equivalente a decir que la estrella gira a 45 revoluciones por minuto que, a modo de comparación, es la misma que tenían los antiguos discos "single" de vinilo.  Desde entonces se han encontrado muchos, de diversos tipos y con emisiones en todas las frecuencias imaginables. El más lento, que está en el hemisferio sur celeste, tiene un intervalo de 8,5 segundos entre pulso y pulso o, en otras palabras, gira a la velocidad de un carrusel de feria. Un giro tan lento plantea problemas serios para la física porque, según las ecuaciones que definen las estrellas de neutrones, no es suficiente para producir las radiaciones que se perciben en forma de pulsos. Aquí caben dos posibilidades: o son erróneas las ecuaciones, o lo son las teorías que definen las emisiones desde los pulsares. Dirimir este conflicto es un reto teórico para la física y de observación para la astronomía.

En la figura que acompaña este escrito se muestran las gráficas, similares a cardiogramas, de dos pulsares muy diferentes. En la escala horizontal está el tiempo en segundos mientras que la vertical muestra la intensidad de la señal recibida, en una escala relativa. Podemos observar que la intensidad del azul es más baja que la del rojo y también que sus pulsos son más pausados. El tiempo del primero es un indicativo de que la estrella de neutrones que produce los pulsos gira a 84 revoluciones por minuto, mientras que la de los rojos lo hace a 168. Como estos, podríamos hacer las gráficas para los miles de pulsares que se conocen y es casi seguro que no encontraríamos dos que coincidan. Estos dos son pulsares lentos, pero los hay más veloces, como el que está en el centro de la Nebulosa El Cangrejo, que gira a más de 1800 revoluciones por minuto, la velocidad típica de un motor Diesel. Y más aún, algunos tienen velocidades más elevadas que la turbina de un avión a reacción. Pensemos por ejemplo en el J0952 descubierto recientemente, que fue el que dio pie para escribir este artículo. Está en la constelación de Sextans, del hemisferio sur celeste, a unos 4000 años luz de la Tierra y su velocidad alcanza las 42000 revoluciones por minuto, equivalente a decir que entre pulso y pulso hay menos de dos milésimas de segundo. Y no es el más rápido que se conoce, porque el primero es el llamado J1748 que gira a casi 43000 revoluciones por minuto. Como elemento de comparación pongamos a la Tierra que da una vuelta sobre su eje en un día. En el mismo lapso de tiempo, el pulsar El Cangrejo, con una masa quinientas mil veces mayor, da dos millones y medio de vueltas y ni qué decir del J1748 que diariamente gira sesenta y dos mil millones de veces.

Unas condiciones tan extremas traen consecuencias muy interesantes desde el punto de vista de la física. Sin ayuda de las matemáticas ya intuimos que un cuerpo así no puede ser muy grande. Y, en efecto, una velocidad de rotación tan elevada como la de las estrellas de neutrones, impone que éstas tengan que ser pequeñas, porque de lo contrario la fuerza centrífuga experimentada por una partícula colocada en el ecuador sería tan elevada, que sobrepasaría la gravedad ejercida por la misma y entonces se perdería la cohesión. La estrella volaría en pedazos. Esto confina las estrellas de neutrones a tener unos diámetros de apenas unas decenas de kilómetros: a la de la Nebulosa El Cangrejo se le estima un diámetro de unos 20 km. Por otro lado, a frecuencias de rotación muy elevadas la velocidad periférica en el ecuador también lo es, a tal punto que podría llegar a ser una fracción importante de la velocidad de la luz. En ese caso, la física ordinaria empezaría a perder sentido a menos que se apliquen las correcciones de la Relatividad General.

Hoy se conocen miles de pulsares, casi todos ellos pertenecientes a nuestra galaxia pero eso no quiere decir que esa sea la cantidad de los existentes, pues los métodos de detección van mejorando y cada día se encuentran otros nuevos. Pero es que, además, desde la Tierra sólo podemos localizar una fracción pequeña de los existentes: aquellos para los que la trayectoria de sus chorros de emisión de radiaciones se cruza con la posición de nuestro planeta. La mayor parte de esos haces se pierden en el espacio y no nos enteramos de que existen. Es una lástima, porque constituyen la única información directa que tenemos de los monstruos cósmicos que son las estrellas de neutrones.