Los magnetares son estrellas de neutrones caracterizadas por sus campos magnéticos, entre los más potentes del Universo, así como por sus intensas emisiones y erupciones en rayos X y gamma.
Un equipo internacional de científicos, que incluye investigadores del Departamento de Astrofísica del CEA-Paris Saclay, ha modelado la formación de su campo magnético, inducido por la dinamo de Tayler-Spruit, y su evolución a lo largo de períodos de varios cientos de miles de años.
Figura 1 - Configuración de las líneas de campo magnético dipolar dentro de la corteza de la estrella de neutrones inmediatamente después de su formación, unas pocas decenas de segundos después de la explosión de supernova.
Crédito: Igoshev et al. 2025
Esta dinamo se genera por la caída de materia sobre la estrella de neutrones justo después de su formación, tras la explosión de la estrella progenitora en supernova. Los resultados de las simulaciones concuerdan con las observaciones de los magnetares de campo débil ("low-B"), estrellas de neutrones con campos magnéticos dipolares de 10 a 100 veces más débiles que los de los magnetares clásicos.
Estos resultados representan un avance importante al resolver un enigma científico persistente desde el descubrimiento de estos magnetares en 2010. También indican que los magnetares de campo débil se forman mediante un proceso diferente al de los magnetares clásicos, probablemente debido a variaciones en las dinamos de las estrellas de neutrones durante su formación.
El estudio fue
publicado en la revista Nature Astronomy.
El mecanismo de dinamo de Tayler-Spruit...
Las
estrellas de neutrones son los restos de estrellas masivas que han agotado su combustible y luego explotaron en supernova, expulsando la mayor parte de sus capas externas. Entre ellas, los magnetares se distinguen por sus intensos campos magnéticos, que pueden alcanzar 10
15 Gauss, es decir, decenas de miles de millones de veces más potentes que los campos generados por los humanos. Estos campos extremos hacen que los magnetares sean fuentes transitorias brillantes de rayos X y gamma. Una pregunta clave sigue siendo: comprender el origen preciso de estos campos y su evolución a lo largo de millones de años.
En 2022, un equipo del Departamento de Astrofísica (DAp) del CEA Saclay propuso
un escenario innovador para explicar la formación de estos campos magnéticos extremos, basado en la dinamo de Tayler-Spruit, un proceso que convierte el movimiento del plasma en campo magnético. La dinamo de Tayler-Spruit se activa especialmente cuando la materia expulsada durante la explosión de supernova cae de nuevo sobre la joven estrella de neutrones.
En 2023,
un estudio detallado utilizando simulaciones numéricas tridimensionales permitió reproducir las intensidades observadas de los campos magnéticos de los magnetares (ver Figura 1). Sin embargo, estas simulaciones se limitaban a los primeros diez segundos posteriores a la formación de la protoestrella de neutrones. Por lo tanto, quedaba por entender cómo evolucionan estos campos a lo largo de períodos prolongados.
Figura 2 - Configuración de las líneas de campo magnético y distribución de la temperatura superficial (leyenda situada a la derecha de la imagen) en la corteza de la estrella de neutrones, 200 000 años después de su formación (ver Figura 1).
La simulación numérica reproduce la topología compleja del campo magnético, con dos características esenciales de los magnetares de campo débil:
1. Un campo magnético dipolar de baja intensidad;
2. La presencia de campos magnéticos a pequeña escala extremadamente intensos, hasta 50 a 100 veces más potentes que el campo dipolar.
Estos resultados concuerdan con las observaciones de los magnetares SGR 0418+5729 y Swift J1882.3-1606, caracterizados por estructuras magnéticas similares. Crédito: Igoshev et al. 2025 ... daría origen a los magnetares de campo débil
Con el objetivo de estudiar la evolución a largo plazo de los magnetares cuyo campo magnético es generado por la dinamo de Tayler-Spruit, el equipo del Departamento de Astrofísica (DAp) del CEA Saclay colaboró con investigadores de las universidades de Newcastle y Leeds, especialistas en la evolución de las estrellas de neutrones en escalas de tiempo que pueden alcanzar varios cientos de miles de años.
El Dr. Andrei Igoshev, autor principal del estudio e investigador en la Escuela de Matemáticas, Estadística y Física de la Universidad de Newcastle, explica: "Este estudio muestra que este proceso juega un papel crucial en la formación de los campos magnéticos de los magnetares de campo débil gracias a la dinamo de Tayler-Spruit."
Las simulaciones numéricas realizadas en este estudio (ver Figura 2) reproducen las principales características observadas de los magnetares de campo débil ("low-B"), entre ellas:
- Campos magnéticos dipolares débiles: Estos magnetares presentan campos magnéticos de 10 a 100 veces inferiores a los de los magnetares clásicos, con valores inferiores a 10
13 Gauss.
- Curvas de luz en rayos X: Debido a sus temperaturas extremadamente elevadas, los magnetares emiten principalmente en el rango de los rayos X. Las simulaciones reproducen fielmente esta emisión térmica modulada por puntos calientes en la superficie de la estrella.
- Estallidos y erupciones en rayos X: El poderoso campo magnético deforma la corteza de la estrella de neutrones, provocando esporádicamente pequeñas rupturas. Estas deformaciones desencadenan destellos luminosos en rayos X y gamma. Las simulaciones muestran que las condiciones necesarias para estos eventos están bien reproducidas.
- Períodos de rotación lentos: Al igual que los magnetares clásicos, los de campo débil presentan un período de rotación largo en comparación con otras estrellas de neutrones. Una hipótesis planteada es que estos magnetares podrían ser versiones envejecidas de magnetares clásicos, cuyo campo magnético dipolar inicialmente fuerte habría extraído su momento angular antes de disiparse gradualmente. Este estudio propone otra explicación: su período de rotación lento resultaría de la interacción con la materia circundante proveniente del retorno de materia después de la supernova, lo que ralentizaría la rotación de la estrella después de haber generado el campo magnético.
¡Un enigma científico resuelto!
Con este estudio, los investigadores han demostrado que la dinamo de Tayler-Spruit, activada por la caída de materia procedente de la explosión de supernova, es un mecanismo clave en la formación de los magnetares de campo débil. Estos trabajos muestran que estos objetos no son necesariamente restos evolucionados de magnetares clásicos, sino que pueden resultar de un proceso dinámico desde su nacimiento. Este escenario ofrece así una explicación completa y coherente de los fenómenos observados, resolviendo un enigma científico persistente desde su identificación en 2010.
"Al conectar directamente el proceso de dinamo con las propiedades observables de los magnetares, estas simulaciones, las primeras en describir la evolución a largo plazo del campo magnético a partir de un campo generado de manera coherente por tal proceso, abren una nueva vía para comprender la formación de estos objetos misteriosos", se entusiasma Jérôme Guilet, investigador del DAp y uno de los autores del estudio.
Fuente: CEA IRFU