Es el primer cinturón de radiación observado fuera de nuestro sistema solar, utilizando un conjunto coordinado de 39 antenas de radio desde Hawái hasta Alemania para obtener imágenes de alta resolución.
Interpretación artística de una aurora y el cinturón de radiación circundante de la enana ultrafría LSR J1835+3259. Crédito: Chuck Carter, Melodie Kao, Fundación Heising-Simons.
Las imágenes de emisiones de radio persistentes e intensas de una estrella enana ultrafría revelan la presencia de una nube de electrones de alta energía atrapados en el poderoso campo magnético del objeto, formando una estructura de doble lóbulo análoga a las imágenes de radio de los cinturones de radiación de Júpiter.
«En realidad, estamos tomando imágenes de la magnetosfera de nuestro objetivo al observar el plasma emisor de radio —su cinturón de radiación— en la magnetosfera. Eso nunca antes se había hecho para algo del tamaño de un planeta gigante gaseoso fuera de nuestro sistema solar», dijo Melodie Kao, becaria postdoctoral en Universidad de California en Santa Cruz y primera autora de un artículo sobre los nuevos hallazgos publicado esta semana en Nature.
Fuerza y forma
Los fuertes campos magnéticos forman una «burbuja magnética» llamada magnetosfera alrededor de un planeta, que puede atrapar y acelerar partículas hasta casi la velocidad de la luz. Todos los planetas de nuestro sistema solar que tienen tales campos magnéticos, incluida la Tierra, así como Júpiter y los otros planetas gigantes, tienen cinturones de radiación que consisten en estas partículas cargadas de alta energía atrapadas por el campo magnético del planeta.
Los cinturones de radiación de la Tierra, conocidos como cinturones de Van Allen, son grandes zonas en forma de rosquilla de partículas de alta energía capturadas de los vientos solares por el campo magnético. La mayoría de las partículas en los cinturones de Júpiter provienen de volcanes en su luna Io. Si pudiera ponerlos uno al lado del otro, el cinturón de radiación que Kao y su equipo han fotografiado sería 10 millones de veces más brillante que el de Júpiter.
Altamente radiactivos, los cinturones de Van Allen se originan por el intenso campo magnético de la Tierra que es producto de su rotación. Ese campo atrapa partículas cargadas (plasma) provenientes del Sol (viento solar), así como partículas cargadas que se generan por interacción de la atmósfera terrestre con la radiación cósmica y la radiación solar de alta energía.
Las partículas desviadas por el campo magnético hacia los polos generan auroras cuando interactúan con la atmósfera, y el equipo de Kao también obtuvo la primera imagen capaz de diferenciar la ubicación de la aurora de un objeto y sus cinturones de radiación fuera de nuestro sistema solar.
La enana ultrafría fotografiada en este estudio se extiende a ambos lados del límite entre las estrellas de baja masa y las enanas marrones masivas.
«Si bien la formación de estrellas y planetas puede ser diferente, la física dentro de ellos puede ser muy similar en esa parte blanda del continuo de masas que conecta estrellas de baja masa con enanas marrones y planetas gigantes gaseosos», explicó Kao.
Caracterizar la fuerza y la forma de los campos magnéticos de esta clase de objetos es en gran medida un terreno desconocido, dijo. Usando su comprensión teórica de estos sistemas y modelos numéricos, los científicos planetarios pueden predecir la fuerza y la forma del campo magnético de un planeta, pero no han tenido una buena manera de probar fácilmente esas predicciones.
Las primeras imágenes de un cinturón de radiación extrasolar se obtuvieron combinando 39 radiotelescopios para formar un telescopio virtual que abarca todo el mundo desde Hawái hasta Alemania. Crédito: Melodie Kao, Amy Mioduszewski.
«Las auroras se pueden usar para medir la fuerza del campo magnético, pero no la forma. Diseñamos este experimento para mostrar un método para evaluar las formas de los campos magnéticos en las enanas marrones y eventualmente en los exoplanetas», detalló Kao.
La fuerza y la forma del campo magnético pueden ser un factor importante para determinar la habitabilidad de un planeta.
«Cuando pensamos en la habitabilidad de los exoplanetas, el papel de sus campos magnéticos en el mantenimiento de un entorno estable es algo a considerar además de cosas como la atmósfera y el clima», añadió la científica.
Para generar un campo magnético, el interior de un planeta debe estar lo suficientemente caliente como para tener fluidos conductores de electricidad, que en el caso de la Tierra es el hierro fundido en su núcleo. En Júpiter, el fluido conductor es hidrógeno bajo tanta presión que se vuelve metálico. El hidrógeno metálico probablemente también genera campos magnéticos en las enanas marrones, dijo Kao, mientras que en el interior de las estrellas el fluido conductor es hidrógeno ionizado.
La enana ultrafría conocida como LSR J1835+3259 era el único objeto en el que el equipo de astrónomos confiaba que proporcionaría los datos de alta calidad necesarios para resolver sus cinturones de radiación.
«Ahora que hemos establecido que este tipo particular de emisión de radio de bajo nivel y estado estacionario traza cinturones de radiación en los campos magnéticos a gran escala de estos objetos, cuando vemos ese tipo de emisión de enanas marrones —y eventualmente de exoplanetas gaseosos gigantes— podemos decir con más confianza que probablemente tengan un gran campo magnético, incluso si nuestro telescopio no es lo suficientemente grande como para ver su forma», señaló Kao.
Esfuerzo de equipo
Se espera que el Next Generation Very Large Array, que actualmente está siendo planificado por el Observatorio Nacional de Radioastronomía (NRAO), sea capaz de captar más imágenes de muchos más cinturones de radiación extrasolares.
«Este es un primer paso crítico para encontrar muchos más objetos de este tipo y perfeccionar nuestras habilidades para buscar magnetosferas cada vez más pequeñas, lo que finalmente nos permitirá estudiar las de planetas del tamaño de la Tierra potencialmente habitables», dijo la coautora Evgenya Shkolnik en la Universidad Estatal de Arizona, quien ha estado estudiando los campos magnéticos y la habitabilidad de los planetas durante muchos años.
El equipo utilizó High Sensitivity Array, que consta de 39 antenas de radio coordinadas por NRAO en los Estados Unidos y el radiotelescopio Effelsberg operado por el Instituto Max Planck de Radioastronomía en Alemania.
«Al combinar antenas de radio de todo el mundo, podemos crear imágenes de resolución increíblemente alta para ver cosas que nadie ha visto antes. Nuestra imagen es comparable a leer la fila superior de una tabla optométrica en California mientras se está de pie en Washington, D.C.», dijo la coautora Jackie Villadsen de la Universidad de Bucknell.
Fuente: UC Santa Cruz. Edición: MP.
