6. Glitches
Los glitches son eventos en los cuales la frecuencia de rotación del pulsar aumenta rápidamente. Estos incrementos son relativamente pequeños, aunque fáciles de detectar gracias a la estabilidad de la rotación de los pulsares y a la técnica de pulsar timing, que es muy precisa. Los glitches más grandes corresponden a cambios de más o menos 10 millonésimas de la frecuencia de rotación, mientras que otros pueden llegar a ser 100 mil veces más pequeños.
Nosotros somos expertos en detectar, medir y analizar glitches en pulsares. Es nuestro tema principal de investigación. Como ser verá más abajo, estos estudios nos permiten caracterizar lo que hay dentro de los pulsares. Todo indica que hay un superfluido de neutrones.
Es difícil determinar la duración de un glitch, porque en general la rotación de los pulsares es monitoreada mediante observaciones cortas (10-30 min), que se repiten diariamente o semanalmente (a veces incluso solo una vez al mes). Entonces es altamente probable que un glitch ocurra entre dos observaciones y no durante una de ellas. Sin embargo, con mucho esfuerzo, en Tasmania (Australia) llevan décadas observando el pulsar Vela durante días completos, todos los días del año. Gracias a este programa sabemos que durante los glitches el pulsar Vela tarda algo así como 13 s en aumentar la frecuencia de rotación [Palfreyman et al. 2019, Ashton et al. 2019 (en inglés)].
En general, los glitches no son eventos frecuentes y es necesario monitorear la rotación de un pulsar por varios años para recién detectar uno. En un estudio que publicamos en 2017 [Fuentes et al. 2017, en inglés] consideramos observaciones de monitoreo y búsquedas de glitches de 903 pulsares, en donde cada uno había sido observado por 10-30 años. Hallamos que en los más de 15-mil años acumulados de rotación de todos estos pulsares había solamente 384 glitches, que ocurrieron en la rotación de 141 pulsares. La mayoría de los pulsares presenta un glitch cada 10 años (o más). El pulsar más activo en cuanto a glitches (llamado PSR J0537–6910) presenta un poco más de 3 eventos por año, pero este es un caso extremo y poco común.
Uno de los gráficos muestra la actividad de glitches de tres pulsares diferentes (Vela entre ellos). Podemos ver que PSR J0537-6910 tiene una actividad mucho mayor que Vela y que el otro pulsar. Lo que hemos descubierto es que la actividad de glitches es directamente proporcional al frenado de la rotación del pulsar. Mientras más rápido cambia (desacelera) la rotación del pulsar, más glitches se observan. En efecto, PSR J0537-6910 es el que desacelera más rápido. En el gráfico también es posible ver que el pulsar B1737-30 prefiere glitches chicos que ocurren en cualquier momento. En cambio, los otros dos pulsares parecieran preferir glitches grandes, todos de tamaño similar, y separados más o menos por la misma cantidad de tiempo. Esto podría deberse a que hay distintos mecanismos que gatillan la ocurrencia de los glitches en estos pulsares. Este es un tema de investigación actual.
Existen dos catálogos en línea de glitches, mantenidos por dos de los observatorios que más horas dedican a observar pulsares (en inglés): Jodrell Bank Observatory y Parkes.
Gráfico de frecuencia versus tiempo. El decrecer gradual de la rotación es interrumpido abruptamente por un glitch, que aparece como un peldaño recto ascendente en la curva. Luego del glitch la frecuencia continúa decreciendo [datos: Jodrell Bank]
Gráficos del tamaño de los glitches versus tiempo. Cada barra vertical es un glitch. Las zonas pintadas de gris son intervalos de tiempo en que no hay observaciones disponibles. El número total de glitches observados se indica a la izquierda, en cada gráfico [Fuentes et al. 2019].
¿Qué puede producir un glitch?
Apenas fueron detectados los primeros glitches, fue inmediato pensar que podían deberse a algún tipo de temblor o actividad tectónica en la corteza de la estrella. Esta actividad podría ser gatillada, por ejemplo, por presiones en la corteza ejercidas por el campo magnético. Alternativamente, la actividad podría ser parte de un proceso de cambio gradual de la forma de la estrella, que evolucionaría de una forma ovalada a una más esférica a medida que la rotación desacelera.
Sin embargo, la actividad que se observa en algunos pulsares es demasiado alta y es bastante poco probable que la corteza pueda almacenar la energía necesaria como para producir tal actividad. Debido a esto, otros modelos emergieron y hoy en día creemos que los glitches se originan debajo de la corteza, en donde reside un superfluido de neutrones que giraría más rápido que el resto de la estrella. Cada cierto tiempo, gatillado por algún mecanismo que aún desconocemos, el superfluido traspasa parte de su rotación al resto de la estrella y la acelera repentinamente, ocasionando un glitch.
Los glitches serían entonces el resultado de una transferencia de momento angular desde un superfluido interno a la corteza (y probablemente al resto de la estrella).