Magnetares: Cuando una estrella de neutrones se convierte en una bomba magnética

Magnetar: estrella de neutrones con un campo magnético colosal emitiendo un estallido de rayos gamma — Vista artística de un magnetar en plena erupción, liberando en unas décimas de segundo una energía comparable a la que el Sol irradia en varios cientos de miles de años. La corteza estelar, deformada por un campo magnético de varios cientos de miles de millones de teslas, se fractura en un terremoto cósmico que ilumina la Galaxia con rayos X y gamma.
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¿Qué es un magnetar?

Entre todos los objetos del Universo, los magnetares figuran sin duda entre los más violentos. Son estrellas de neutrones con un campo magnético tan intenso que supera en varios órdenes de magnitud al de cualquier otra estrella. Un magnetar puede alcanzar \(10^{11}\) teslas, es decir, alrededor de 1,5 millones de billones de veces el campo magnético terrestre (25 a 65 microteslas, o 0,25 a 0,65 gauss).

A intensidades tan extremas, el campo magnético ya no se limita a ser una simple propiedad física. Modifica la estructura de las órbitas atómicas, polariza el vacío cuántico y, según las predicciones de la electrodinámica cuántica, puede conferir al vacío birrefringencia, permitiéndole desviar la luz según su polarización. A tales niveles de energía, incluso la estabilidad de la materia se pone en duda: los átomos se alargan en finos cilindros alineados a lo largo de las líneas del campo, perdiendo toda similitud con su configuración habitual.

¿Cómo nace un magnetar?

El colapso de una estrella masiva

El nacimiento de un magnetar está estrechamente ligado al de las estrellas de neutrones. Cuando una estrella masiva, cuya masa inicial supera entre ocho y veinte masas solares, agota sus reservas nucleares, su núcleo colapsa en una fracción de segundo. La materia se comprime a densidades extremas: una simple cucharadita de esta materia podría pesar casi mil millones de toneladas. De este colapso nace una estrella de neutrones, un objeto de unos 20 kilómetros de diámetro, pero que contiene una masa superior a la del Sol.

¿Por qué algunas estrellas de neutrones se convierten en magnetares?

Sin embargo, no todas las estrellas de neutrones se convierten en magnetares. Una pregunta persiste: ¿por qué algunas desarrollan un campo magnético tan intenso? Dos mecanismos principales son actualmente propuestos por los astrofísicos.

El mecanismo del efecto dinamo

El primero se basa en el efecto dinamo. En el momento del colapso, si el núcleo de la estrella progenitora gira lo suficientemente rápido, la materia en fusión entra en un régimen de convección turbulenta intensa. Estos movimientos de materia conductora, combinados con una rotación rápida, amplifican exponencialmente el campo magnético inicial en unas pocas decenas de milisegundos. Las simulaciones realizadas por Robert Duncan y Christopher Thompson desde 1992 han demostrado que este proceso, bajo ciertas condiciones de rotación inicial, podría generar campos magnéticos del orden de \(10^{11}\) teslas, en concordancia con las observaciones.

El legado magnético de la estrella progenitora

El segundo mecanismo, más reciente, sugiere que el campo magnético excepcional del magnetar podría provenir en parte de la estrella progenitora. Algunas estrellas masivas, llamadas estrellas Ap magnéticas, ya poseen campos magnéticos inusualmente potentes. La conservación del flujo magnético durante el colapso del núcleo, combinada con la reducción drástica del radio del objeto (de varios cientos de miles de kilómetros a unas pocas decenas), sería suficiente para amplificar este campo inicial en un factor del orden de \((R_{\text{estrella}}/R_{\text{neutrones}})^2\), es decir, aproximadamente \(10^{10}\).

Erupciones y estallidos: la firma de los magnetares

Es a través de sus manifestaciones energéticas que los magnetares se revelan a nuestros instrumentos. Se distinguen varios tipos de eventos.

Los repetidores de rayos gamma suaves (SGR (soft Gamma Repeater: fuente que repite estallidos de rayos gamma de baja energía)) son emisiones breves y recurrentes de rayos X y gamma de intensidad relativamente baja. Indican una actividad magnética sostenida, vinculada a reajustes de la corteza o a deformaciones de las líneas del campo en la magnetosfera.

Las erupciones gigantes constituyen los eventos más espectaculares. Hasta la fecha, se han detectado tres en nuestra Galaxia o en sus vecinas inmediatas. La más famosa, ocurrida el 27 de diciembre de 2004, proveniente de SGR 1806-20, fue lo suficientemente potente como para ionizar parcialmente la atmósfera superior de la Tierra desde una distancia de aproximadamente 50.000 años luz. Bryan Gaensler (1973-) y sus colaboradores estimaron que esta erupción liberó en 0,2 segundos una energía equivalente a la del Sol durante 250.000 años.

Finalmente, algunos magnetares han sido asociados con estallidos rápidos de radio. En 2020, la detección de FRB 200428 proveniente del magnetar SGR 1935+2154, ubicado en nuestra propia Galaxia, proporcionó por primera vez una prueba directa de que los magnetares pueden producir tales estallidos.

Comparación de estrellas de neutrones: púlsares, magnetares y estrellas de rayos X aisladas

Las estrellas de neutrones se presentan en varias formas según su campo magnético y su actividad rotacional. La siguiente tabla compara sus principales propiedades.

Comparación de las principales categorías de estrellas de neutrones
Tipo	Campo magnético (T)	Período de rotación	Vida activa	Ejemplo	Particularidad
Púlsar de radio(estrella de neutrones en rotación rápida que emite pulsos de radio regulares)	\(10^7 - 10^9\)	1,4 ms a varios segundos	10 a 100 millones de años	PSR B1919+21	Primer púlsar descubierto (1967), por Jocelyn Bell Burnell (1943-).
Púlsar de milisegundo(púlsar cuyo período de rotación se ralentiza muy lentamente, estable durante largos períodos)	\(10^5 - 10^8\)	1,4 ms a 30 ms	Varios miles de millones de años	PSR J0437-4715	Reciclado por acreción de una estrella compañera.
SGR (Repetidor de Rayos Gamma Suaves)(repetidor de Rayos Gamma Suaves: estrella de neutrones que produce estallidos repetitivos de rayos gamma suaves)	\(10^{10} - 10^{11}\)	2 a 12 segundos	10.000 a 100.000 años	SGR 1806-20	Erupción gigante de 2004, la más energética jamás detectada en nuestra Galaxia.
AXP (Púlsar de Rayos X Anómalo)(púlsar de Rayos X Anómalo: magnetar detectado principalmente en rayos X sin compañera visible)	\(10^{10} - 10^{11}\)	5 a 12 segundos	10.000 a 100.000 años	1E 2259+586	Emite rayos X persistentes sin necesidad de acreción de una compañera.
ENS (Estrella de Neutrones Aislada)(estrella de Neutrones Aislada: estrella de neutrones fría, sin emisión de radio detectada)	\(10^9 - 10^{10}\)	3 a 11 segundos	Varios millones de años	RX J1856.5-3754	Detectable solo en rayos X térmicos, sin emisión de radio ni gamma.

N.B.: Los SGR y AXP se consideran actualmente dos manifestaciones observacionales de una misma categoría de objetos: los magnetares. La distinción histórica refleja el método de detección inicial más que una diferencia física fundamental. Las vidas activas son muy cortas a escala cósmica, ya que el campo magnético se disipa rápidamente, ralentizando la estrella hasta que su actividad cesa.