Cuando las estrellas de neutrones colisionan se producen ondas de luz y gravitacionales
Hemos sido extremadamente afortunados, los detectores LIGO y VIRGO que funcionaron simultáneamente durante algunas semanas, otorgaron datos muy significativos. Hoy, el equipo que esta detrás de la colaboración conjunta anunciaron que la observación de una fusión de dos estrellas de neutrones. Y, debido a que las estrellas de neutrones no engullen todo lo que encuentran, las ondas gravitatorias fueron acompañadas por fotones, incluido un resplandor prolongado. Entonces, docenas de telescopios, y muchos en el espacio, obtuvieron datos muy valiosos.

Recreación artística de una colisión de estrellas de neutrones. Créditos: NSF/LIGO/Sonoma State University/A. Simonnet
Ahora hay una cantidad de importantes problemas astrofísicos aclarados por esta colisión. La colisión se detectó simultáneamente con el telescopio espacial Fermi, lo que confirma que las fusiones de estrellas de neutrones producen un fenómeno conocido como ráfaga corta de rayos gamma. Las ondas gravitacionales se detectaron casi simultáneamente con el estallido de rayos gamma, lo que confirma que se mueven a la velocidad de la luz. Y se detectaron elementos pesados ​​como el oro en los restos de explosión, lo que indica que estas fusiones son una fuente de elementos que de otro modo serían difíciles de producir en una supernova.

Finalmente, las ondas gravitacionales de este evento se detectaron durante un período de aproximadamente 100 segundos, lo que debería permitir un análisis detallado de su producción.

Conociendo los neutrones


Las estrellas de neutrones son producto de supernovas donde la estrella que produce la explosión no tiene suficiente masa para formar un agujero negro. El objeto que se forma con una masa de uno o dos masas solares forma un cuerpo con un diámetro de aproximadamente 20 km. En estas densidades, los átomos individuales desaparecen de la existencia, y la estrella completa se convierte en un solo trozo de neutrones, y posiblemente en otras partículas exóticas (se han propuesto estrellas de materia de quark pero aún no se ha confirmado su existencia). En los casos en que dos estrellas masivas son supernovas, es posible formar sistemas binarios donde dos estrellas de neutrones se orbitan entre sí.

Sabemos desde hace años sobre los sistemas binarios de estrellas de neutrones, sobre ellos se ha discutido incluso colisión. Los teóricos han estado ocupados proponiendo cómo se verían y cómo se comportarían una vez que se produjera la fusión, pero la detección simultánea del evento en ondas gravitatorias y electromagnéticas ha sido esencial para confirmar varias ideas de los teóricos.

Para que eso sucediera, se necesito de varias coincidencias. Dado que las estrellas de neutrones son sustancialmente menos masivas que los agujeros negros, los eventos son más débiles, y solo los detectaríamos si estuvieran más cerca. En este caso, la fusión tuvo lugar a 130 millones de años luz de la Tierra, algo que los astrónomos llaman una "distancia relativamente cercana". (Para el contexto, esa "distancia relativamente cercana" significa que el evento tuvo lugar poco después de que los antepasados ​​de los marsupiales y mamíferos placentarios se separaran).

También necesitábamos LIGO y VIRGO en operación simultáneamente. El tener un tercer detector habría reducido radicalmente el área del cielo que contiene una fuente de ondas gravitacionales. Por lo tanto, tenemos un alto grado de certeza de que el estallido de rayos gamma fue producido por la misma fuente que las ondas gravitacionales.

Las dos estrellas de neutrones que se fusionaron tienen una masa relativamente baja: se estimaron entre 1,1 y 1,6 veces la masa del Sol, en comparación con los agujeros negros que han tenido más de 20 masas solares. Esto significa que las estrellas de neutrones pasaron más tiempo orbitando a una distancia cercana antes de la fusión. Esto permitió la detección de ondas gravitacionales durante casi 100 segundos; Las fusiones de agujeros negros han producido ondas detectables por solo una fracción de segundo. Esto debería proporcionar una buena prueba de nuestra comprensión de la producción de ondas gravitacionales.

Se hizó la luz


El software de análisis de LIGO-VIRGO está programado para hacer un análisis rápido y sucio de los datos de posibles fuentes y enviar una alerta a los telescopios para que puedan realizar observaciones del área del cielo donde se puede producir un evento. En este caso, los telescopios también recibieron una alerta del Telescopio Espacial Fermi de la NASA, que se especializa en atrapar eventos de alta energía. Fermi tiene un monitor de ráfagas de rayos gamma y detectó un evento unos dos segundos después de que llegó la señal de la onda gravitacional. Esto aumentó la precisión con la que pudimos mapear la fuente del evento, y los telescopios de todo tipo saltaron a la acción. Más de 70 instrumentos proporcionaron información.

La rápida redirección de tanto hardware llamó la atención de la gente, y las personas rápidamente descubrieron que esto probablemente significaría la detección de una fusión de estrellas de neutrones.

Incluso antes de que estos telescopios se involucraran, la detección de Fermi nos informó dos cosas. Una es que, como los teóricos habían predicho, las ondas gravitacionales parecen viajar a la velocidad de la luz. Todavía hay algo de imprecisión en las mediciones que podría permitirles viajar cerca, pero no del todo, a la velocidad de la luz, pero las nuevas mediciones significan que tendría que estar muy, muy cerca.

Lo segundo es que bloquea las colisiones de estrellas de neutrones como la fuente de algunas explosiones de rayos gamma. Los rayos gamma son los fotones de mayor energía que podemos detectar. Los teóricos habían apuntado con el dedo a las fusiones de estrellas de neutrones, pero eso había sido algo difícil de confirmar, ya que a menudo era imposible identificar una contraparte de las ráfagas detectables en longitudes de onda de menor energía, además de que solo estaríamos mirando los restos producido por el evento, no su fuente. Las ondas gravitatorias, por el contrario, no dejan duda de que la fuente fue una fusión de estrellas de neutrones.

Luego estaban las observaciones de los restos. Donde se observa presencia de oro y otros elementos pesados , lo que de nuevo aclara un misterio excepcional. Algunos elementos pesados ​​se forman fácilmente en el entorno creado por una supernova, lo que significa que es fácil explicar su abundancia en el cosmos. Pero otros solo pueden formarse a través de vías que implican la rápida ingestión de neutrones múltiples, tan rápido que el átomo no tiene tiempo para reorganizarse para acomodar los neutrones previos que había absorbido.

Las estrellas de neutrones lo harían, pero mantienen su materia gravitatoriamente aplastada en su estado exótico. Lo que sería necesario es que algún evento libere algo de la materia que de otra manera quedaría atrapada en estas estrellas. De nuevo, los teóricos señalaron que las colisiones de estrellas de neutrones proporcionan esa oportunidad, ya que las colisiones arrojarían algunos desechos al espacio en un fenómeno que ha adoptado el término "kilonova". Pero no había sido confirmado hasta este punto.

Otras lecturas

Es una increíble riqueza de información. Como dijo el portavoz de LIGO, David Shoemaker, en una declaración: "Proporciona modelos detallados del funcionamiento interno de las estrellas de neutrones y las emisiones que producen, hasta la física más fundamental, como la relatividad general, este evento es tan rico". Además, insinúa que otros eventos de este tipo se sumarán a nuestro entendimiento. Aunque podrían no ser tan detallados, Laura Cadonati, otra científica de LIGO, dice que los eventos de esta proximidad solo deberían ocurrir por casualidad una vez cada 80,000 años. Si vemos más como este, entonces los teóricos tendrán otro misterio por explicar.

"Es tremendamente emocionante experimentar un evento raro que transforma nuestra comprensión del funcionamiento del Universo", explicó France A. Córdova, directora de la National Science Foundation. La organización que ahora administra tomó un riesgo multimillonario de que el detector LIGO nos llevara a este punto. Si los recientes premios Nobel para el equipo de LIGO no validaron ese riesgo, seguramente este conjunto de descubrimientos sí lo hará.

Actualización

Los científicos dicen que el objeto resultante es una de las estrellas de neutrones más pesadas observadas hasta ahora o el agujero negro más liviano. Los datos son ambiguos en este punto, pero esperan que otras observaciones lo solucionen.

Las estrellas de neutrones han estado orbitando entre sí durante 11 mil millones de años, ya que sus estrellas se convirtieron en supernova al principio de la historia del Universo. La segunda explosión envió a las estrellas de neutrones en una órbita errática a través de su galaxia durante todo este tiempo.

Un telescopio de 16 pulgadas podría haber recogido la fuente, lo que significa que estos eventos estarán en el rango de los astrónomos aficionados. Los planes son abrir las notificaciones del sistema disparador de LIGO al público, permitiendo que los aficionados puedan participar en las primeras observaciones.

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