Un púlsar binario es un púlsar que forma parte de un sistema de dos estrellas, es decir, que tiene un compañero binario. Ese compañero suele ser una enana blanca, una estrella de neutrones o, en raras ocasiones, otra estrella normal. En al menos un caso excepcional, el sistema PSR J0737-3039, ambos objetos son púlsares, de modo que se puede detectar y temporizar señales procedentes de las dos estrellas.

Cómo se forman y por qué son especiales

Los sistemas binarios con púlsares se forman generalmente a partir de parejas estelares en las que una de las estrellas evoluciona más rápido, explota como supernova y deja tras de sí un púlsar (una estrella de neutrones altamente magnetizada y rotatoria). Si la binaria sobrevive a la explosión, más tarde la segunda estrella puede evolucionar y dar lugar a una enana blanca o a otra estrella de neutrones, creando diversas combinaciones observables.

Lo que hace especialmente valiosos a los púlsares binarios para la física es la posibilidad de medir con enorme precisión la llegada de sus pulsos mediante radiotelescopios. Muchos púlsares, en particular los púlsares milisegundo, emiten pulsos con estabilidad comparable a relojes atómicos, lo que permite registrar variaciones minúsculas en el movimiento orbital y en el tiempo de llegada de los pulsos.

Pruebas de la relatividad con ondas gravitacionales y otros efectos relativistas

Los púlsares binarios ofrecen una ventana única para poner a prueba la teoría general de la relatividad de Einstein en campos gravitatorios fuertes y dinámicos. A partir de la temporización de los pulsos se pueden medir parámetros orbitales clásicos y también varios parámetros post‑keplerianos ligados a efectos relativistas, por ejemplo:

  • Precesión del periastron: avance de la orientación de la órbita, análogo a la precesión observada en el perihelio de Mercurio pero mucho más pronunciada en estrellas de neutrones.
  • Retraso de tiempo Shapiro: demora de los pulsos cuando la señal pasa cerca del pozo gravitatorio del compañero; permite medir la inclinación orbital y las masas del sistema.
  • Redshift gravitacional y dilatación temporal (parámetro γ): combinación de efectos de tiempo debido a la gravitación y a la velocidad orbital variable.
  • Decaimiento orbital: disminución del período orbital por pérdida de energía en forma de radiación gravitacional prevista por la relatividad general.

La comparativa entre las mediciones observacionales de estos parámetros y las predicciones teóricas constituye una prueba rigurosa de la teoría. En varios sistemas el decaimiento orbital observado coincide con la predicción de emisión de ondas gravitacionales de Einstein, lo que fue interpretado como una primera evidencia indirecta de dichas ondas.

Casos destacados

  • PSR B1913+16 (Hulse–Taylor): descubierto en 1974, fue el primer púlsar binario en el que se observó claramente el decaimiento orbital compatible con pérdida de energía por ondas gravitacionales. Este resultado mereció el Premio Nobel de Física en 1993.
  • PSR J0737-3039 (el púlsar doble): sistema en el que ambos objetos son púlsares. Debido a esa circunstancia única se puede temporizar las señales de las dos estrellas y medir múltiples parámetros post‑keplerianos de forma independiente, lo que ha permitido comprobaciones redundantes y muy precisas de la relatividad general en el régimen de campo fuerte.

Implicaciones científicas y futuro

La temporización de púlsares binarios permite no solo verificar la existencia de ondas gravitacionales de forma indirecta, sino también:

  • Determinar con alta precisión las masas de estrellas de neutrones.
  • Descartar o restringir teorías alternativas a la relatividad general que predigan comportamientos distintos en campos fuertes.
  • Contribuir a la calibración de modelos de evolución estelar binaria y de formación de sistemas compactos.

Además, los esfuerzos actuales en astronomía de radio —incluidos los proyectos de pulsar timing arrays— buscan detectar de forma directa señales de fondo de ondas gravitacionales procedentes de sistemas masivos a gran escala, lo que complementa las medidas de púlsares binarios y las detecciones directas realizadas por interferómetros como LIGO/Virgo.

En resumen, los púlsares binarios son herramientas experimentales excepcionales: combinan la precisión de la temporización de pulsos con la dinámica extrema de estrellas compactas, permitiendo comprobar la relatividad general y estudiar la física de gravedad en condiciones difíciles de reproducir en laboratorio.