FAST Descubre un Nuevo Pulsar de Milisegundos Oculto por Superposición de Señales en el Cúmulo M15

El reciente hallazgo de un nuevo pulsar de milisegundos utilizando el Five-hundred-meter Aperture Spherical Telescope (FAST) en China ha abierto una nueva ventana en la astronomía de radio. Este descubrimiento se destaca no solo por sumar un objeto más al catálogo de estos fascinantes cuerpos cósmicos, sino también porque estos científicos lograron detectar un pulsar que había permanecido oculto debido a la superposición de señales con otro pulsar previamente conocido. Este avance pone de relieve la complejidad de realizar observaciones precisas en regiones astronómicas densas y las innovadoras técnicas que se requieren para profundizar en el estudio del universo. Los pulsars son estrellas de neutrones altamente magnetizadas y en rotación rápida que emiten un haz de radiación electromagnética observable en la Tierra cuando atraviesa nuestro campo visual. Entre ellos, los pulsars de milisegundos se caracterizan por girar a velocidades extremadamente altas, con períodos de rotación menores a 30 milisegundos.

Estos cuerpos suelen formarse en sistemas binarios, donde una estrella compensa su masa en forma de materia hacia una estrella de neutrones acompañante, acelerando su rotación. El foco principal de esta detección fue el cúmulo globular NGC 7078, también conocido como Messier 15 o simplemente M15. Este cúmulo es uno de los más antiguos y compactos que existen, ubicándose a unos 35.700 años luz de distancia en nuestra galaxia. Los cúmulos globulares, por sus características, son áreas prolíficas en la formación y presencia de pulsars debido a la alta densidad estelar y múltiples interacciones gravitacionales que facilitan la formación de sistemas binarios y posteriores procesos evolutivos que llevan a la creación de estos objetos.

Simulaciones anteriores predijeron que M15 podría albergar la mayor cantidad de pulsars entre todos los cúmulos visibles y accesibles para FAST, lo que motivó la intensa campaña de observación llevada a cabo entre noviembre de 2019 y febrero de 2024 por un equipo liderado por Yinfeng Dai de la Universidad de Guizhou, China. El telescopio FAST, con su gran diámetro y sensibilidad, permitió detectar señales más débiles y complejas que podrían pasar desapercibidas en instrumentos anteriores. El pulsar descubierto, designado PSR J2129-1210O o M15O, presenta un período de rotación de alrededor de 11,07 milisegundos. Lo interesante y desafiante del descubrimiento es que este período de rotación es cercano al décimo armónico del pulsar brillante PSR J2129+1210A (M15A), ya conocido. Un armónico es un múltiplo exacto o cercano al período base de una señal, lo que provoca que sus emisiones se solapen y se confundan en el análisis convencional.

Este solapamiento complicó su detección previa, ya que los métodos tradicionales de análisis de señales, como el algoritmo de plegado o folding, tienen dificultades para desagregar señales con características similares en tiempo y dispersión, conocidas como medida de dispersión (DM). Estas medidas representan la cantidad de electrones libres que la señal atraviesa y suelen ser similares para objetos dentro del mismo cúmulo debido a la concentración localizada de material interestelar. La investigación explica que cuando dos pulsars tienen períodos sumamente parecidos y valores de DM próximos, la alineación de fases genera ambigüedades en la separación de señales, lo que provoca que el proceso estándar de detección no pueda distinguir correctamente entre ambas fuentes, causando que un nuevo pulsar quede oculto en el ruido o confundido con la señal del pulsar conocido. M15O posee un valor de medida de dispersión de aproximadamente 67,44 pc/cm3 y se encuentra muy cerca del centro del cúmulo, a solo 0,37 segundos de arco, siendo el pulsar conocido más cercano al núcleo dentro del cúmulo M15. También está a 0,81 segundos de arco del pulsar M15A, lo que ilustra la densidad de objetos compactos que habitan esta región y la dificultad inherente para detectarlos individualmente.

Además de M15O, el equipo también detectó otros dos pulsars adicionales, PSR J2129+1210M y PSR J2129+1210N (denominados M15M y M15N respectivamente), los cuales están siendo estudiados y serán descritos en futuras publicaciones. Esto demuestra cómo la precisión y potencia de FAST permiten ampliar el inventario de pulsars en cúmulos globulares y explorar su dinámica y evolución con mayor detalle. Estos hallazgos no solo confirman la importancia de M15 como un laboratorio natural para la física de estrellas de neutrones y sistemas binarios, sino que también plantean nuevos desafíos para los métodos de análisis de señales en astronomía de radio. Las subyacentes superposiciones y armónicos requieren el desarrollo continuo de algoritmos avanzados y técnicas computacionales sofisticadas para desentrañar señales mezcladas y evitar pasar por alto objetos realmente existentes. En el marco de la astronomía contemporánea, el descubrimiento de M15O reafirma el papel crucial de grandes radiotelescopios terrestres como FAST para la observación del cosmos.

FAST, ubicado en la provincia de Guizhou, es el radiotelescopio de plato único más grande del mundo y sobresale por su sensibilidad sin precedentes en la banda de radio. Este equipo ha posibilitado una serie de descubrimientos vitales en el estudio de púlsares, exoplanetas y demás objetos extraños o débiles que previamente eran difíciles de captar. Este avance también tiene implicaciones para nuestro entendimiento de la física fundamental. Los pulsars son laboratorios excepcionales para explorar la gravedad extrema, las propiedades de la materia nuclear bajo condiciones inimaginables y la detección de ondas gravitacionales a través de secuencias temporales muy estables en su emisión. La inclusión de nuevos pulsars en carteras de observación amplía las posibilidades de medir con más exactitud fenómenos astrofísicos y poner a prueba teorías físicas.

Por último, el trabajo en conjunto entre observaciones de largo plazo y los métodos cada vez más refinados de análisis traen consigo la promesa de que otros objetos de este tipo puedan estar ocultos, esperando ser revelados. Los avances tecnológicos y metodológicos impulsados por descubrimientos como el de M15O permiten que los astrónomos continúen desentrañando la compleja red de señales que nos llegan desde los rincones más remotos del universo. En conclusión, el hallazgo de un pulsar de milisegundos oculto tras la superposición de señales en el cúmulo M15 es un testimonio claro de que el cosmos sigue escondiendo secretos incluso en regiones ya estudiadas. La combinación de potentes instrumentos como FAST y análisis novedosos garantiza que el futuro de la astronomía de radio estará marcado por descubrimientos fascinantes que no solo expanden nuestro conocimiento del universo, sino que también desafían las técnicas y paradigmas científicos actuales.