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Discovery of Three Glitches in the previously quiet pulsar PSR J1637$-$4642

Este artículo reporta el descubrimiento y análisis de tres saltos rotacionales en el púlsar joven previamente silencioso PSR J1637−4642, observados durante un período de 15 años, con un modelado del evento más grande que respalda el paradigma estándar de la fluidez de vórtices (vortex-creep) y demuestra que incluso los púlsares "silenciosos" pueden exhibir una actividad de saltos sustancial.

Autores originales: Zhaoyi Wang, Chuwen Zheng, Yuhong Zhuang, Hanyu Zhang, Peng Liu, Zhonghao Tu, Ang Li

Publicado 2026-08-21

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CC BY 4.0

Autores originales: Zhaoyi Wang, Chuwen Zheng, Yuhong Zhuang, Hanyu Zhang, Peng Liu, Zhonghao Tu, Ang Li

Artículo original bajo licencia CC BY 4.0 (http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/). ✨ Esta es una explicación generada por IA del artículo a continuación. No ha sido escrita ni avalada por los autores. Para mayor precisión técnica, consulte el artículo original. Leer descargo de responsabilidad completo

En lo profundo del cosmos, girando como faros cósmicos, se encuentran las estrellas de neutrones. Estas son los núcleos colapsados de estrellas masivas que explotaron, dejando tras de sí objetos tan densos que una sola cucharadita de su material pesaría miles de millones de toneladas en la Tierra. Mientras giran, emiten haces de radiación que barren el cielo con la precisión de un reloj. Durante décadas, los astrónomos han utilizado estos cronómetros celestiales para probar las leyes de la física, pero las más fascinantes son las estrellas jóvenes y energéticas que a veces se comportan de manera errática. Ocasionalmente, una estrella de neutrones acelerará repentinamente su rotación en un pequeño y agudo sacudida conocida como un "glitch" o salto. Este fenómeno no es un mal funcionamiento, sino una pista sobre el interior oculto de la estrella. Los científicos creen que dentro de estas estrellas existe un superfluido —una sustancia que fluye sin ningún tipo de fricción— junto con la corteza sólida. Cuando la corteza sólida se ralentiza naturalmente con el tiempo, el superfluido sin fricción en el interior continúa girando a su velocidad original. Eventualmente, los dos se desincronizan y el superfluido transfiere repentinamente parte de su velocidad a la corteza, haciendo que la estrella gire más rápido. Al estudiar estos glitches, los investigadores pueden mirar dentro de una estrella que nunca podrán tocar, aprendiendo sobre el extraño estado de la materia que existe solo bajo una presión tan extrema.

Durante muchos años, una estrella de neutrones en particular, conocida como PSR J1637–4642, fue considerada inusualmente tranquila. Descubierta en un sondeo utilizando el radiotelescopio Parkes en Australia, esta estrella joven había sido monitoreada regularmente durante más de una década sin mostrar signos de estas aceleraciones repentinas. Formaba parte de un grupo de púlsares que parecían frenar de manera fluida, sin ofrecer eventos dramáticos para estudiar. Sin embargo, un nuevo análisis de los datos recopilados entre 2009 y 2024 ha derribado esta imagen de calma. Los investigadores han descubierto ahora que esta estrella "tranquila" experimentó en realidad tres glitches distintos durante ese período. El primer evento, y el más poderoso, ocurrió alrededor de principios de 2019, donde la frecuencia de rotación de la estrella saltó en una cantidad diminuta pero mensurable. Dos saltos más pequeños y sutiles le siguieron, uno en 2022 y otro en 2024. El hecho de que estos eventos se encontraran en una estrella que anteriormente se consideraba inactiva sugiere que incluso las estrellas de neutrones más plácidas pueden albergar una actividad interna significativa, esperando el momento adecuado para liberar el estrés acumulado.

El equipo detrás de este descubrimiento, basado en la Universidad de Xiamen en China, pasó años refinando los datos del telescopio Parkes, que ahora se llama Murriyang. Tuvieron que filtrar cuidadosamente años de observaciones, contabilizando los cambios en el equipo del telescopio y filtrando la interferencia de las propias señales de radio de la Tierra. Su trabajo reveló que el primer glitch fue un evento importante, causando un aumento repentino en la tasa de giro de la estrella que fue aproximadamente un millón de veces mayor que los otros dos. Tras este gran salto, la rotación de la estrella no volvió inmediatamente a su ritmo anterior. En cambio, mostró una recuperación lenta y exponencial durante un período de unos 100 días, volviendo gradualmente hacia un ritmo nuevo y ligeramente más rápido. Los dos glitches más pequeños, por el contrario, fueron tan sutiles que la rotación de la estrella pareció saltar a su nueva velocidad y permanecer allí de inmediato, sin un frenado detectable después. Esta diferencia de comportamiento dio a los científicos una oportunidad única para modelar lo que estaba sucediendo dentro de la estrella.

Al aplicar un modelo físico que describe cómo se mueve un superfluido a través del interior de la estrella, los investigadores pudieron estimar el tamaño de la región de superfluido involucrada en el gran glitch. Sus cálculos sugieren que la porción del interior de la estrella que participó en la aceleración representa aproximadamente el 1.9 por ciento de la masa total de la estrella. Esta fracción se alinea perfectamente con las predicaciones teóricas para una capa de neutrones superfluidos ubicada justo debajo de la corteza sólida de la estrella. El modelo también indicó que la temperatura interna de la estrella es probablemente de alrededor de cien millones de grados, un valor consistente con la edad de la estrella y cómo se ha enfriado con el tiempo. El hecho de que la estrella mostrara un aumento permanente en la rapidez con la que se estaba frenando después del glitch respalda aún más la idea de que el superfluido y la corteza se habían reconectado permanentemente de una nueva manera.

Este descubrimiento desafía la idea simple de que las estrellas de neutrones acumulan estrés de una manera predecible y constante antes de tener un glitch. Si eso fuera cierto, se podría esperar que los glitches ocurrieran a intervalos regulares o con tamaños similares. En cambio, PSR J1637–4642 esperó casi diez años en silencio, y luego liberó tres eventos de magnitudes muy diferentes en rápida sucesión. El evento más grande fue mil veces más grande que el más pequeño, y ocurrieron en tiempos irregulares. Esto sugiere que el proceso que desencadena estos glitches es complejo y quizás algo aleatorio, dependiendo de las interacciones intrincadas y caóticas en lo profundo del núcleo de la estrella. Aunque los investigadores aún no pueden predecir cuándo ocurrirá el próximo glitch, su trabajo demuestra que incluso las estrellas que parecen tranquilas en la superficie son dinámicas y activas en su interior. El estudio refuerza la visión estándar de que las estrellas de neutrones contienen superfluidos y que estos fluidos son la clave para comprender los cambios violentos y repentinos en la rotación que los astrónomos observan en toda la galaxia.

Resumen Técnico: Descubrimiento de tres glitches en el púlsar previamente silencioso PSR J1637–4642

Problema y Contexto
Los glitches de púlsares —aumentos repentinos en la frecuencia de rotación— son sondas críticas de los interiores de las estrellas de neutrones, particularmente de los componentes superfluidos en la corteza y el núcleo. Aunque se espera que los púlsares jóvenes exhiban actividad de glitches, el PSR J1637–4642, un púlsar aislado y joven descubierto en el relevamiento de la Multicapa de Parkes, no había mostrado actividad de glitches durante más de una década tras su descubrimiento. A pesar de su alta luminosidad de frenado y su juventud (edad característica $\tau_c \approx 41$ kyr), era considerado "silencioso". Este artículo aborda la evolución rotacional de PSR J1637–4642 para investigar si este silencio era permanente o si el púlsar alberga una actividad de glitches latente, y para caracterizar los mecanismos físicos que impulsan cualquier evento observado.

Metodología
Los autores analizaron las observaciones de temporización de PSR J1637–4642 que abarcan 15.5 años, desde el 19 de febrero de 2009 (MJD 54881) hasta el 6 de octubre de 2024 (MJD 60589), obtenidas mediante el radiotelescopio Murriyang (Parkes). El conjunto de datos se dividió en tres fases basadas en el receptor y los sistemas de backend: la fase del receptor Multi-beam (2009–2020), una fase de doble receptor (2020–2021) y la fase exclusiva de UWL (2021–2024).

La reducción de datos se realizó utilizando el paquete PSRCHIVE, que incluye la excisión de interferencia de radiofrecuencia (RFI), la dedispersión incoherente y la generación de tiempos de llegada de los pulsos (ToAs). Debido a la débil emisión del púlsar, se obtuvieron solo 166 ToAs fiables. Estos ToAs fueron analizados mediante TEMPO2 para establecer un modelo rotacional conectado en fase. El modelo incluyó una expansión de Taylor truncada para la frecuencia de rotación ( $\nu$ ), sus derivadas ( $\dot{\nu}, \ddot{\nu}$ ), y cambios escalonados para contabilizar los glitches.

La detección de glitches consistió en identificar discontinuidades en los residuales de temporización. Los autores modelaron los glitches como cambios escalonados en $\nu$ y $\dot{\nu}$ , con términos de recuperación exponencial opcionales. Para el evento más fuerte, se aplicó un enfoque de modelado físico mediante el marco de la crema de vórtices (vortex-creep) a través de inferencia bayesiana (usando el paquete Bilby y el muestreador dynesty) para restringir la fracción del momento de inercia del superfluido y las escalas de tiempo de relajación.

Contribuciones Clave y Resultados
El estudio reporta el descubrimiento de tres glitches rotacionales distintos en PSR J1637–4642, rompiendo un periodo de más de una década de quiescencia rotacional:

Glitch 1 (MJD 58352): El evento más grande, con un cambio fraccional de frecuencia $\Delta\nu/\nu \approx 2.7 \times 10^{-6}$ . Exhibió una clara recuperación exponencial con una escala de tiempo de decaimiento $\tau_d \approx 67$ días y una fracción de recuperación $Q \approx 0.015$ . El evento fue acompañado por un aumento permanente en la magnitud de la tasa de frenado.
Glitch 2 (MJD 59443): Un evento significativamente más pequeño con $\Delta\nu/\nu \approx 2.2 \times 10^{-9}$ . No se detectó una recuperación exponencial estadísticamente significativa.
Glitch 3 (MJD 60445): Un evento de tamaño intermedio con $\Delta\nu/\nu \approx 2.76 \times 10^{-8}$ (específicamente $27.6 \times 10^{-9}$ ). Similar al Glitch 2, no se observó una recuperación significativa, probablemente debido a la dispersión de la cobertura de datos post-glitch.

Los tiempos de recurrencia entre glitches fueron irregulares (aproximadamente 9.5 años, 3.0 años y 2.7 años). Los autores señalan que el púlsar exhibe un fuerte ruido de temporización, lo que resulta en un índice de frenado aparente grande ( $n \approx 33$ ), lo cual complica la interpretación de las tendencias seculares a largo plazo.

Modelado Físico del Glitch 1
La evolución post-glitch del evento más fuerte fue modelada dentro del marco de la crema de vórtices. El análisis arrojó:

Una fracción del momento de inercia del superfluido $I_l/I \approx 0.0187$ , consistente con el componente superfluido de la corteza interna.
Una escala de tiempo de relajación intrínseca $\tau_l \approx 102$ días.
Una temperatura interna inferida $T \sim 10^8$ K, asumiendo energías de anclaje estándar ( $E_p \sim 0.1 - 1$ MeV).

La dominancia de la respuesta lineal y la pequeña fracción de recuperación sugieren que la relajación está gobernada por la crema térmica de los vórtices en lugar de procesos de avalancha no lineales.

Significancia y Reivindicaciones
El artículo sostiene que estos resultados refuerzan el paradigma estándar de los glitches de superfluido, demostrando que incluso los púlsares previamente clasificados como "silenciosos" pueden albergar una actividad de glitches sustancial. La detección de tres glitches con amplitudes que abarcan más de tres órdenes de magnitud en una sola fuente resalta una diversidad en el comportamiento de los glitches que desafía los modelos simples de acumulación de estrés.

Los autores concluyen que, si bien el largo periodo de quiescencia sugiere que el estrés puede acumularse durante muchos años, la subsecuente recurrencia irregular y los variados tamaños de los glitches implican que los mecanismos de activación pueden involucrar procesos complejos, posiblemente estocásticos, dentro del interior de la estrella de neutrones. El estudio enfatiza que es necesaria una temporización continua para determinar la verdadera distribución de tiempo de espera de los glitches y para sondar más a fondo la dinámica de los superfluidos internos de tales sistemas. Los hallazgos posicionan a PSR J1637–4642 como un puente entre los generadores de glitches altamente activos y frecuentes (como el púlsar Vela) y los púlsares más estables y evolucionados.

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