La NASA obtiene la mejor imagen de la icónica Nebulosa del Cangrejo

El 22 de febrero de 1971, un cohete de sondeo despegó de Wallops Island, Virginia, con sensores especializados apuntados a dicha nebulosa para obtener las primeras mediciones de polarización de rayos X del mundo.

En aquellos días, antes de recuperar las cintas físicas del experimento, los científicos primero recibían datos científicos en un registrador de gráficos de banda, un dispositivo que imprimía señales en papel. El astrónomo Martin Weisskopf y sus colegas comenzaron su análisis el día del lanzamiento midiendo la distancia entre las señales usando una regla y un lápiz.

Décadas más tarde, Weisskopf propuso el desarrollo de un satélite en órbita terrestre con potentes instrumentos que pudieran recopilar mediciones mucho más detalladas del mismo tipo sobre la Nebulosa del Cangrejo y otros misteriosos objetos cósmicos. Ese satélite se convirtió en el Explorador de polarimetría de rayos X de imágenes de la NASA (IXPE), que se lanzó el 9 de diciembre de 2021.

Ahora, más de 50 años después del experimento del cohete de sondeo, los científicos han utilizado IXPE para crear un mapa detallado y matizado del campo magnético de la Nebulosa del Cangrejo, revelando más de su funcionamiento interno que nunca. Los nuevos resultados, aceptados para su publicación en la revista Nature Astronomy, ayudan a resolver misterios de larga data sobre la bien estudiada Nebulosa del Cangrejo y abren nuevas preguntas para estudios futuros.

Los datos de IXPE muestran que el campo magnético de la Nebulosa del Cangrejo se parece al de la nebulosa de viento del púlsar de Vela, que también tiene forma de rosquilla. Pero en el Cangrejo, los científicos se sorprendieron de que las áreas de turbulencia del campo magnético fueran más irregulares y asimétricas de lo esperado.

«Esta es una clara indicación de que incluso los modelos más complejos desarrollados en el pasado, con el uso de técnicas numéricas avanzadas, no capturan completamente la complejidad de este objeto», dijo en un comunicado Niccolò Bucciantini, autor principal del estudio y astrónomo del INAF-Observatorio de Arcetri en Florencia, Italia.

Un objeto de estudio favorito entre los astrónomos, la Nebulosa del Cangrejo fue el resultado de una supernova documentada en el año 1054. La explosión dejó un objeto denso llamado Púlsar del Cangrejo, aproximadamente de la longitud de Manhattan, pero con tanto masa como dos soles. El desorden caótico de gases, ondas de choque, campos magnéticos y luz de alta energía y partículas provenientes del púlsar giratorio se denomina colectivamente «nebulosa de viento púlsar». Estas condiciones extremas crean un entorno extraño que aún no se comprende completamente.

Weisskopf y sus colegas esperaban comprender este ambiente extremo de una nueva manera al medir la polarización de los rayos X de la Nebulosa del Cangrejo, que brilla intensamente en los rayos X. La polarización de rayos X les da a los científicos pistas sobre la dirección en la que apunta el campo magnético en diferentes partes de un objeto cósmico, así como lo bien ordenado que está el campo magnético. La geometría y la turbulencia del campo magnético determinan cómo las partículas son catapultadas hacia la velocidad de la luz.

En los cinco minutos que el experimento del cohete de sondeo de 1971 pasó sobre la atmósfera terrestre, produjo las primeras mediciones de polarización de rayos X del mundo.

Los científicos siguieron con un satélite llamado OSO-8 en 1975, que también midió la polarización de rayos X de la Nebulosa del Cangrejo. El cohete y el satélite produjeron generalmente el mismo resultado: que la Nebulosa del Cangrejo tiene una polarización promedio de alrededor del 20%.

Como científico del proyecto del Observatorio de Rayos X Chandra de la NASA, que se lanzó en 1999, Weisskopf continuó su exploración de la Nebulosa del Cangrejo de nuevas maneras. Con Chandra, «tomamos bellas imágenes de la nebulosa y el púlsar, y pudimos ver los chorros y las diversas estructuras», dijo. Las imágenes de rayos X de Chandra revelaron estructuras similares a volutas que se mueven en la nebulosa y ayudaron a los científicos a comprender mejor la relación entre la energía del púlsar y las emisiones de rayos X.

Casi todos los grandes telescopios recientes han apuntado a la Nebulosa del Cangrejo para comprender mejor este misterioso remanente de supernova. Pero solo IXPE puede estudiar los rayos X de Crab en términos de polarización, una medida de la organización de los campos electromagnéticos.

«El Cangrejo es uno de los objetos astrofísicos de alta energía más estudiados en el cielo. Por lo tanto, es extremadamente emocionante que podamos aprender algo nuevo sobre este sistema mirando a través de las 'lentes polarizadas' de IXPE», dijo Michela Negro, científica investigadora en el Centro de Vuelo Espacial Goddard de la NASA afiliado a la Universidad de Maryland, Baltimore, y coautora del estudio.

En toda la nebulosa, IXPE encontró aproximadamente la misma polarización promedio que encontraron Weisskopf y sus colegas en la década de 1970. Pero con instrumentos más sofisticados, IXPE pudo refinar el ángulo de polarización y examinar las diferencias de polarización en todo el objeto. Los científicos ven áreas de mucha polarización en las regiones exteriores de la nebulosa, a años luz del púlsar, donde la polarización es menor.

Esto permitió a los científicos investigar no solo los rayos X de la Nebulosa del Cangrejo, sino también los que provienen del propio púlsar o la esfera de campos magnéticos que lo rodea. Los hallazgos sugieren que esos rayos X se originan en la región del campo magnético exterior, llamada región del «viento», aunque todavía se desconoce exactamente dónde y cómo. Dentro del campo magnético, los choques generados por el «viento» del púlsar impulsan partículas cercanas a la velocidad de la luz