El proyecto de ciencia ciudadana Einstein@Home ayuda a descubrir un raro púlsar Araña

Gracias a la colaboración internacional, un equipo de investigación científica ha conseguido demostrar que una misteriosa fuente de rayos gamma se trata de una estrella de neutrones (púlsar) que gira rápidamente en el núcleo de un objeto celeste ahora conocido como PSR J2039-5617. Lo más curioso es que el púlsar se está comiendo literalmente a su estrella anfitriona.

Los astrónomos utilizaron métodos novedosos de análisis de datos y el enorme poder de cómputo del proyecto de ciencia ciudadana Einstein@Home para rastrear las débiles pulsaciones de rayos gamma de la estrella de neutrones en los datos del Telescopio Espacial Fermi de la NASA.

Sus resultados muestran que el púlsar está en órbita con un compañero estelar de aproximadamente una sexta parte de la masa de nuestro Sol. El púlsar está evaporando lenta pero inexorablemente esta estrella. El equipo también descubrió que la órbita del compañero estelar varía leve e impredeciblemente con el tiempo. Usando este método de búsqueda, esperan encontrar en el futuro más sistemas de este tipo con Einstein@Home.

La búsqueda de los llamados sistemas de púlsar "Araña", estrellas de neutrones que giran rápidamente cuyas salidas de alta energía están destruyendo su estrella compañera binaria, requirió 10 años de datos precisos. A los púlsares se les ha dado nombres arácnidos como "viudas negras" o "espalda roja", en honor a especies de arañas en las que se ha visto que las hembras matan a los machos más pequeños después del apareamiento.

La nueva investigación publicada en Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, detalla cómo los investigadores encontraron una estrella de neutrones que giraba 377 veces por segundo en un sistema binario exótico utilizando datos del Telescopio Espacial Fermi de la NASA.

Los hallazgos de los astrónomos fueron impulsados enormemente gracias al proyecto Einstein@Home, una red de miles de voluntarios civiles que prestan su poder de computación en el hogar al trabajo del Telescopio Fermi.

La investigación del grupo requirió peinar muy finamente los datos recibidos para no perder ninguna señal posible. La potencia informática requerida es enorme. La búsqueda habría tardado 500 años en completarse con un solo núcleo de ordenador. Al utilizar una parte de los recursos de Einstein@Home, se hizo en 2 meses.

Con la potencia informática donada por los voluntarios de Einstein @Home, el equipo descubrió pulsaciones de rayos gamma de la estrella de neutrones que gira rápidamente. Este púlsar de rayos gamma, ahora conocido como J2039-5617, y gira 377 veces por segundo.

"Durante años se sospechó que había un púlsar, una estrella de neutrones que gira rápidamente, en el corazón de la fuente que ahora conocemos como PSR J2039-5617", dice en un comunicado Lars Nieder, estudiante de doctorado en el Instituto Max Planck de Física Gravitacional. (Instituto Albert Einstein; AEI) en Hannover. "Pero solo fue posible levantar el velo y descubrir las pulsaciones de los rayos gamma con la potencia informática donada por decenas de miles de voluntarios a Einstein @ Home", añade.

El objeto celeste se conoce desde 2014 como una fuente de rayos X, rayos gamma y luz. Todas las evidencias obtenidas hasta ahora apuntaban a una estrella de neutrones que giraba rápidamente en órbita con una estrella liviana en el corazón de la fuente. Pero faltaba una prueba clara.

El primer paso para resolver este enigma fueron las nuevas observaciones del compañero estelar hechas con telescopios ópticos. Proporcionaron un conocimiento preciso sobre el sistema binario sin el cual una búsqueda de púlsar de rayos gamma (incluso con la enorme potencia informática de Einstein@Home) sería inviable.

El brillo del sistema varía durante un período orbital dependiendo de qué lado de la compañera de la estrella de neutrones esté mirando hacia la Tierra. "Para J2039-5617, hay dos procesos principales en funcionamiento", explica el doctor Colin Clark del Centro de Astrofísica Jodrell Bank, principal autor del estudio. "El púlsar calienta un lado de la estrella compañera, que parece más brillante y azulada. Además, la compañera está distorsionada por la atracción gravitacional del púlsar, lo que hace que el tamaño aparente de la estrella varíe sobre la órbita. Estas observaciones permitieron al equipo obtener la medición más precisa posible del período orbital de 5,5 horas de la estrella binaria, así como otras propiedades del sistema".

Con esta información y la posición precisa del cielo de los datos de Gaia, el equipo utilizó la potencia de cálculo agregada del proyecto de computación voluntaria distribuida Einstein@Home para una nueva búsqueda de aproximadamente 10 años de observaciones de archivo del telescopio espacial de rayos gamma Fermi de la NASA. Para mejorar los métodos anteriores que habían desarrollado para este propósito, solicitaron la ayuda de decenas de miles de voluntarios para buscar en los datos de Fermi pulsaciones periódicas en los fotones de rayos gamma registrados por el Telescopio de Área Grande a bordo del telescopio espacial. Los voluntarios dnaron ciclos de computación inactivos en las CPU y GPU de sus computadoras a Einstein@Home, gracias a lo cual el equipo internacional de científicos pudo afianzar su descubrimiento.