El Telescopio Espacial Roman de la NASA podría revelar millones de estrellas de neutrones

Desde hace tiempo, los astrónomos han sospechado que la Vía Láctea alberga una gran cantidad de estrellas de neutrones, que son los remanentes ultra densos de estrellas masivas que han explotado. Sin embargo, la mayoría de estas estrellas son prácticamente invisibles. Un nuevo estudio, publicado en Astronomy and Astrophysics, indicó que el Telescopio Espacial Nancy Grace Roman de la NASA podría finalmente descubrir algunas de estas estrellas ocultas.

Los investigadores utilizaron simulaciones avanzadas de la Vía Láctea y predicciones sobre las futuras observaciones del Roman para determinar que el telescopio podría detectar y estudiar decenas de estrellas de neutrones aisladas mediante un fenómeno conocido como microlente gravitacional.

La doctora Zofia Kaczmarek, de la Universidad de Heidelberg en Alemania y líder del estudio, explicó que "la mayoría de las estrellas de neutrones son relativamente tenues y solitarias. Son increíblemente difíciles de detectar sin algún tipo de ayuda".

Las estrellas de neutrones contienen más masa que el Sol, pero su tamaño es similar al de una ciudad. Los científicos las estudian para comprender mejor cómo evolucionan las estrellas, cómo explotan y cómo distribuyen elementos pesados por el cosmos. También representan una oportunidad única para investigar la materia en condiciones extremas de presión y densidad.

La mayoría de las estrellas de neutrones permanecen ocultas a menos que se presenten como pulsars, que emiten ondas de radio, o brillen intensamente en rayos X. Incluso los telescopios más potentes pueden pasar por alto estrellas de neutrones aisladas que producen poca o ninguna luz detectable.

El Telescopio Roman podría encontrarlas de manera indirecta. Cuando un objeto masivo, como una estrella de neutrones, pasa frente a una estrella más distante, su gravedad curva y magnifica la luz de la estrella de fondo. Este efecto, llamado microlente, hace que la estrella lejana parezca más brillante y ligeramente desplazada en el cielo.

Aunque muchos telescopios pueden detectar el breve aumento de brillo causado por la microlente, se espera que el Roman haga mucho más. El observatorio medirá con precisión tanto el aumento de brillo (fotometría) como el pequeño movimiento de posición (astrometría) de la estrella de fondo.

Debido a que las estrellas de neutrones son relativamente pesadas, generan una señal astrométrica más fuerte que los objetos más pequeños. Esto significa que el Roman no solo podría detectar estrellas de neutrones ocultas, sino también medir sus masas, algo que resulta extremadamente difícil de lograr utilizando solo fotometría.

El coautor del estudio, Peter McGill, del Laboratorio Nacional Lawrence Livermore, comentó: "Lo realmente interesante de utilizar la microlente es que se pueden obtener mediciones directas de la masa. La fotometría nos indica que algo pasó frente a la estrella, pero es la cantidad en que se desplaza la posición de la estrella la que nos dice cuán masivo es ese objeto. Al medir esa pequeña desviación en el cielo, podemos pesar algo que de otro modo sería invisible".

Las observaciones del Roman podrían ayudar a los científicos a responder preguntas importantes sobre las estrellas de neutrones y los agujeros negros, incluida la existencia de una verdadera brecha entre sus masas. Además, la misión podría revelar qué tan rápido viajan las estrellas de neutrones a través de la galaxia.

Los investigadores están especialmente interesados en los poderosos "empujones" que reciben las estrellas de neutrones durante las explosiones de supernova, que pueden lanzarlas a través del espacio a cientos de kilómetros por segundo.

El equipo planea utilizar la futura Encuesta del Dominio Temporal del Bulto Galáctico del Roman, que observará repetidamente millones de estrellas en enormes secciones del cielo.

McGill anticipó: "Comenzaremos a trabajar tan pronto como comiencen a llegar los datos. Incluso en los primeros meses después de la puesta en marcha, esperamos comenzar a identificar eventos prometedores".

Incluso un número modesto de descubrimientos confirmados podría mejorar significativamente los modelos de explosiones estelares y el comportamiento de la materia en condiciones extremas.

Kaczmarek concluyó: "No conocemos la distribución de masas de las estrellas de neutrones, los agujeros negros o dónde termina una y comienza la otra con certeza. El Roman representará un avance significativo en ese sentido".

Hasta ahora, los astrónomos solo han identificado unos pocos miles de estrellas de neutrones, la mayoría de ellas detectadas como pulsars. Sin embargo, los científicos estiman que la Vía Láctea podría contener entre decenas de millones y cientos de millones de estrellas de neutrones. Además, los investigadores solo han podido medir las masas de las estrellas de neutrones en sistemas binarios donde dos objetos orbitan entre sí.

Kaczmarek destacó: "Estamos viendo una pequeña muestra que no representa el panorama general. Incluso una sola medición de masa sería muy poderosa. Si encontráramos solo una estrella de neutrones aislada, ya sería increíblemente estimulante para nuestra investigación".

El estudio también resalta una ventaja científica inesperada de la misión Roman. Aunque la encuesta del telescopio fue diseñada originalmente para descubrir exoplanetas mediante microlente fotométrica, su avanzada precisión astrométrica podría abrir la puerta a nuevos tipos de descubrimientos.

McGill añadió: "Esto no formaba parte del plan original, pero resulta que la capacidad astrométrica del Roman es realmente buena para detectar estrellas de neutrones y agujeros negros, por lo que podemos agregar un nuevo tipo de ciencia a las encuestas del Roman".

Si las predicciones son correctas, el Roman podría proporcionar la primera gran colección de estrellas de neutrones aisladas detectadas únicamente a través de sus efectos gravitacionales. Se espera que la misión amplíe drásticamente el estudio de la microlente y descubra poblaciones ocultas de objetos en toda la Vía Láctea, incluidos planetas errantes y remanentes estelares como las estrellas de neutrones.

El Telescopio Espacial Nancy Grace Roman es gestionado en el Centro de Vuelo Espacial Goddard de la NASA en Greenbelt, Maryland, con la participación del Laboratorio de Propulsión a Chorro de la NASA en California del Sur; Caltech/IPAC en Pasadena, California; el Instituto de Ciencias del Telescopio Espacial en Baltimore; y un equipo científico que incluye científicos de diversas instituciones de investigación. Los principales socios industriales son BAE Systems Inc. en Boulder, Colorado; L3Harris Technologies en Rochester, Nueva York; y Teledyne Scientific & Imaging en Thousand Oaks, California.

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