HIPERCURSO

ESTRELLAS DE NEUTRONES 
Y PULSARES

LAS ESTRELLAS Y 
LA GALAXIA

En construcción

MECANISMOS de RADIACIÓN en PULSARES

El modelo geométrico básico de un pulsar se muestra en la figura A y en la Figura detallada. La primera estructura fundamental que restringue todo el funcionamiento de un pulsar es el cilindro de luz (`CL' en la figura A): éste está definido como la superficie sobre la cual un objeto que rotase a la misma frecuencia que el pulsar, debería moverse a la velocidad de la luz. Los objetos en el exterior de este cilindro girarán con retraso, ya que para ser sincronizados con el pulsar deberían moverse con una velocidad superior a la de la luz, por el contrario, los objetos dentro del cilindro sí pueden co-rotar con el pulsar. Esto implica que todos los procesos de emisión de pulsos deben ocurrir dentro del cilindro de luz. En esta magnetosfera existe un plasma compuesto por electrones y positrones (la antipartícula del electrón) y controlado y energetizado por el campo magnético y la rotación; estas partículas se mueven a lo largo de la líneas del campo magnético como las perlas lo hacen a lo largo del hilo de un collar. El campo magnético tiene una estructura dipolar muy simétrica dentro del cilindro de luz. La parte de la magnetosfera formada por las líneas de campo cerradas (`LC' en la figura A), es decir, las líneas de campo magnético que parten de la estrella de neutrones y regresan a ella sin salir del cilindro de luz, tiene una forma de dona gorda (`T' en la figura A) con un hoyo diminuto ocupado por la estrella de neutrones(`EN' en la figura A), una figura de la geometría conocida como toro. Esta región contiene un plasma estacionario confinado por el campo magnético: no se espera emisión de radiación en esta zona. La emisión de radiación occure en la región interior del cilindro de luz, donde las líneas son abiertas, es decir, donde las líneas del campo magnético salen del cilindro de luz sin volver a la estrella. En esta región se encuentran varias zonas, las llamadas brechas, donde existe además del campo magnético, un campo eléctrico fuerte que acelera a los electrones y positrones hasta alcanzar velocidades muy cercanas a la de la luz, permitiendo la emisión de la radiación que observamos (vea Figura detallada).

Si nos acercamos más a la superficie de la estrella de neutrones, las líneas de campo magnético abiertas se van juntando cada vez más en la forma de un cono truncado e invertido y muy cerca de la estrella, (figura B), el campo magnético pierde su simetría dipolar y adquiere una geometría muy complicada. Las cúspides truncadas de los dos conos de líneas abiertas, una en cada polo del dipolo magnético, marcan sobre la superficie de la estrella, los dos casquetes polares (figura C); estos casquetes son calentados por los impactos de los positrones (ó electrones) acelerados en las brechas hasta alcanzar temperaturas de millones de grados. La diminuta brecha polar (figura C) está localizada inmediatamente arriba de los casquetes polares y su continuación vertical recibe el nombre de brecha estriada (vea también la Figura detallada).

La tercera brecha, la brecha externa, está pegada a las últimas líneas cerradas y muy cerca del cilindro de luz (vea la Figura detallada).

La emisión de alta energía, rayos gama y rayos X duros, ocurre directamente en las brechas por varios procesos que dependen tanto de la velocidad de rotación del pulsar como de la intensidad de su campo magnético. La emisión de radio-ondas, al contrario, se produce típicamente en el cono de líneas abiertas cerca de la estrella de neutrones, a distancias de unos cientos de kilómetros por arriba de la superficie. Esta emisión proviene de los electrones ó positrones acelerados en la brecha polar que se agrupan en paquetes (figura C) y emiten la llamada radiación de curvatura. Debido a que los electrones son altamente relativistas, es decir su velocidad es muy cercana a la de la luz, toda la radiación se emite en la dirección de la línea de campo magnético a lo largo de la cual el electrón (ó el positrón) está derrumbando. En el caso de la radio-emisión, esto implica que el haz de radiación sea tan estrecho como el cono donde se emite. La emisión de alta energía, si proviene de las brechas estriadas y externas, es mucho más amplia debido a la gran extensión de estas, mientras puede también ser muy colimatada si proviene de la brecha polar. Se considera que el radio-haz barre menos de un 10% del cielo, lo que implica una baja probabilidad de detección, mientras que el haz (ó los haces) de alta energía, puede(n) cubrir casi todas las direcciones si viene(n) de la(s) brecha(s) externa(s). De esto resulta que posiblemente, estemos observando muchos pulsares emisores de rayos gama, que no podemos ver como radio-pulsares. La emisión gama puede ser sumamente eficiente como en el caso de los pulsares Geminga y PSR 1055-52 (ver la figura en Los Pulsares), en los cuales se estima que cerca del 50% de la energía de frenado del pulsar se transforma en rayos gama. Al observar el Cielo en Rayos GAMA, los pulsares aparecen como faros. De hecho las tres fuentes de rayos gama más brillantes del cielo son pulsares: el `Cangrejo', `Vela' y `Geminga'.

Finalmente, tenemos que considerar la región exterior al cilindro de luz. Las líneas de campo abiertas, al salir del cilindro de luz, no pueden co-rotar con el pulsar y se van enrollando alrededor de éste, en forma toroidal. Esto genera también radiación electromagnética con una frecuencia igual a la frecuencia de rotación del pulsar, que comparativamente, es muy baja. Al interactuar con la materia vecina del pulsar, esta radiación la acelera formando un viento. A éste se suman también los electrones acelerados en las brechas cuando llegan a salir del cilindro de luz en su movimiento a lo largo de las líneas abiertas. En los pulsares jóvenes, los electrones seguirán emitiendo radiación, la llamada radiación sincrotrónica, debida al movimiento de los electrones al seguir a las líneas de campo magnético enredadas en el remanente de supernova que rodea al pulsar. Esta emisión se ve como una nebulosa sincrotrónica, dentro de la cual el pulsar aparece inmerso (vea La nebulosa sincrotrónica del Cangrejo).
Con el Teléscopio Espacial Hubble se ha podido recientemente observar el centro de la Nebulosa del Cangrejo revelando detalles facinantes.
El viento mismo también se ha observado en varios casos en los cuales se ve claramente como el pulsar, moviéndose en el medio interestelar con su alta velocidad típica, se va abriendo camino al barrer el gas interestelar con su viento. 


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Dany P. Page / page@astroscu.unam.mx / (Creado 24-II-1998)