Magnetares y el efecto dínamo

Los magnetares (y las estrellas de neutrones en general) no necesitan una dínamo para crear sus campos magnéticos. Sus campos magnéticos están "congelados" en el momento de su formación. Para ver realmente por qué esto es así, tienes que entender mucho sobre el electromagnetismo, pero puedo resumirlo en lo básico. Tenga en cuenta que las estrellas de neutrones son objetos muy misteriosos y no tenemos una gran cantidad de evidencia observacional buena detrás de nuestras teorías, ya que son muy difíciles de encontrar y observar.

Las estrellas de neutrones (y los magnetares) son superconductores (o al menos la mayoría de la teoría y la evidencia objetiva sugieren que ese es el caso ). Lo que esto significa es que literalmente no hay resistencia al movimiento de las cargas eléctricas que se mueven por toda la estrella. Para señalar, incluso si toda la estrella fuera todos los neutrones (que zibadawa timmy señala que no es el caso ), aún tendría cargas ya que los neutrones en sí mismos están compuestos de partículas cargadas. En cualquier caso, como no hay resistencia, no puede existir ningún campo eléctrico en el interior de la estrella. Cualquier campo que surgiera induciría una fuerza sobre las partículas cargadas que podrían moverse inmediatamente para cancelar dicho campo. Todos los campos eléctricos se destruyen inmediatamente en un superconductor.

Si nos aventuramos en las ecuaciones de la teoría electromagnética, encontrarás la ecuación muy útil:

Sin entrar en los detalles de esta ecuación, la idea general detrás de ella es que los campos eléctricos dan como resultado campos magnéticos que varían con el tiempo y viceversa. Pero acabamos de decir que nuestra estrella de neutrones era superconductora y, por lo tanto, no tiene campos eléctricos. Esto significa que el lado izquierdo de esa ecuación es cero. El lado derecho representa el cambio en el campo magnético a lo largo del tiempo, pero sabemos que ahora tiene que ser cero, por lo que nos vemos obligados a concluir que los campos magnéticos en estrellas de neutrones (y magnetares) no pueden cambiar. Están congelados en el momento de la creación (cuando la estrella se vuelve superconductora).

Podemos aventurarnos un paso más y decir que los campos magnéticos de las estrellas de neutrones y los magnetares son tan fuertes simplemente por la conservación del flujo magnético. Es decir, tienes una estrella enorme de unas pocas masas solares que tiene un campo masivo por derecho propio. Esa estrella luego colapsa en una estrella de neutrones, pero en el proceso, el flujo del campo magnético a través de su superficie debe permanecer conservado. El flujo del campo magnético es una función tanto de la intensidad del campo como del radio de la estrella. Dado que el radio está disminuyendo enormemente, la intensidad del campo magnético tiene que aumentar en proporción a la disminución del radio (al cuadrado) para compensar y mantener el flujo general igual, momento en el que el campo magnético se bloquea debido a la naturaleza superconductora de la estrella.

Hay, en general, dos clases de explicaciones para los campos magnéticos de las estrellas de neutrones: los campos magnéticos fosilizados y los campos magnéticos activos (consulte aquí para obtener una descripción general preliminar de algunos de los modelos de baterías internas).

La teoría del campo "fosilizado", que es bien aceptada, hasta donde yo sé, establece que los campos magnéticos de las estrellas de neutrones son restos de los campos magnéticos de las estrellas progenitoras. Esto parece plausible, y algunos (por ejemplo, Spruit (2008) ) han sugerido que la supernova que formó las estrellas de neutrones puede haberlas dotado de campos excepcionalmente intensos durante el colapso del núcleo, dejando magnetares. Esto es lo que Zephyr quiere decir con "congelado": los campos magnéticos siguen siendo los mismos después de que la estrella se convierte en una estrella de neutrones.

Las teorías "activas" - y estoy usando "activo" como un término no técnico - postulan que las estrellas de neutrones continúan generando campos magnéticos. Esto hace posible que los campos magnéticos crezcan en fuerza, lo que puede explicar por qué los magnetares tienen campos excepcionalmente fuertes; campos fosilizados pueden no ser suficientes para explicar esto en todos los casos. Ha habido varias sugerencias a lo largo de los años para los cambios en los campos magnéticos, algunos de los cuales ya no se aceptan, pero algunos de los cuales todavía son posibles:

• El modelo de la batería. Esto se propuso originalmente como un mecanismo para generar campos magnéticos en estrellas normales. Sostiene que los electrones dentro de una estrella se desplazan ligeramente hacia afuera en relación con los iones, debido a diferentes efectos del campo gravitacional y cualquier fuerza centrífuga. Las presiones resultantes hacen que los electrones se muevan de manera similar a una batería, lo que genera un campo magnético.

  Como mencionó Zephyr, la ecuación importante es

  $$-\frac{\partial\mathbf{B}}{\partial t}=\nabla\times\mathbf{E}$$ En el modelo de batería,$\nabla\times\mathbf{E}$resulta ser distinto de cero, lo que significa que el campo magnético puede, de hecho, cambiar, gracias a los efectos térmicos. Sin embargo, creo que el modelo de batería se ha descartado para las estrellas de neutrones. Teniendo en cuenta la presión de degeneración, de hecho, conduce a una desaparición$\nabla\times\mathbf{E}$, y por lo tanto no hay un campo variable en el tiempo.

• El mecanismo termoeléctrico. En realidad, se trata de una variación del modelo de batería pura y es aplicable solo en la corteza de la estrella de neutrones. Si hay un gradiente de calor radial distinto de cero y un pequeño campo magnético, los electrones crearán un pequeño gradiente de presión, lo que a su vez hace que surja un campo termoeléctrico opuesto, lo que conduce a un valor distinto de cero.$\nabla \times\mathbf{E}$! La ecuación precisa es $$\frac{\partial\mathbf{B}}{\partial t}=\overbrace{\nabla\times\left(\mathbf{V}\times\mathbf{B}\right)}^{\text{Field convection term}}-\overbrace{\nabla Q_0\times\nabla T}^{\text{Battery term}}-\overbrace{\nabla\times\left[\frac{\nabla\times\mathbf{B}}{4\pi\sigma_0}\right]}^{\text{Ohmic decay term}}$$ El modelo termoeléctrico es mucho mejor que el modelo de batería tradicional y permite que crezca el campo magnético.
• Acreción de un compañero. Esta es una idea un poco más nueva, que ganó fuerza después de las observaciones de los sistemas binarios (ver una discusión de Bhattacharya (1999) ). La materia de una estrella compañera sigue las líneas de campo magnético preexistentes de la estrella de neutrones. La presión hace que la materia "arrastre" las líneas de campo a lo largo de la superficie de la estrella de neutrones hasta que se produzca la reconexión magnética , "apantallando" el campo debajo de la materia acumulada. Esto en realidad debilita el campo, haciéndolo decaer con el tiempo, lo que coincide con las observaciones de algunas estrellas de neutrones. Sin embargo, las inestabilidades hacen que sea una posibilidad difícil.