El estudio del universo primitivo pasa necesariamente por entender el funcionamiento de las primeras estrellas que, según las simulaciones de formación estelar, pudieron ser muy masivas. En este contexto, comprender la evolución de las estrellas masivas es clave para interpretar los procesos de formación estelar que tuvieron lugar en las primeras épocas cósmicas. En ese periodo, el universo era todavía pobre en metales (para los astrofísicos, los elementos químicos que no sean hidrógeno y helio tienen la denominación de metales), de modo que para poder entender las épocas cósmicas pasadas es indispensable descubrir y caracterizar estrellas masivas en entornos que sean cada vez más pobres en metales.
La investigadora del Centro de Astrobiología (CAB, CSIC-INTA) (España) Miriam García es la autora de un reciente estudio que presenta el descubrimiento de las primeras estrellas masivas en uno de estos entornos pobres en metales. Concretamente, este hallazgo ha tenido lugar en la galaxia enana irregular de Sagitario (SagDIG, por sus siglas en inglés Sagittarius Dwarf Irregular Galaxy), una galaxia que forma parte del Grupo Local y que está situada a 4,2 millones de años luz de la Tierra.
Las observaciones, que fueron realizadas con el Gran Telescopio Canarias (GTC) utilizando espectroscopía de baja resolución, desvelaron la presencia de cuatro estrellas masivas en SagDIG, tres azules de tipo OBA y una candidata a supergigante roja, que se han convertido en las estrellas masivas más pobres en metales conocidas en todo el Grupo Local. “Aún hay que obtener datos de mejor resolución espectral que nos permitan determinar la composición química de estas estrellas y confirmar su baja metalicidad”, asegura García, “pero, según la evidencia que hay en estos momentos, se trata de las estrellas masivas más pobres en metales que se conocen”.
Con este hallazgo se abre el camino hacia observaciones más profundas y exhaustivas de SagDIG que permitirá a los investigadores censar la población de estrellas masivas en su totalidad y determinar sus propiedades físicas, lo que podría llegar a convertir estas estrellas masivas pobres en metales, en palabras de García, “en el nuevo referente para el estudio del universo de baja metalicidad”.
Científicos descubren el cuásar más lejano observado hasta la fecha.
Según publican en Nature, el objeto alberga un agujero negro que nos permite conocer cómo era el universo temprano.
Un equipo de científicos de la Institución Carnegie ha descubierto el cuásar más lejano detectado hasta la fecha. Los resultados, publicados en la revista Nature, nos permiten comprender cómo era el universo en su 'infancia'. La razón es que el cuásar se originó cuando el cosmos presentaba una antigüedad de tan solo 690 millones de años. “Nos ofrece una fotografía de cómo era el universo cuando este tenía solo 5% de su edad actual”, explica a Hipertextual Eduardo Bañados, primer autor del trabajo e investigador en el observatorio de la Institución Carnegie.
El cuásar más distante observado hasta la fecha se originó cuando el universo tenía solo 690 millones de años
"Los cuásares son objetos muy poco comunes en el universo primitivo. Se estima que debe haber entre 20 a 100 cuásares tan luminosos y distantes como el descubierto por nuestro grupo", prosigue Bañados. Su equipo ha logrado detectar el cuásar más alejado encontrado nunca, al que han bautizado técnicamente como ULAS J1342+0928, y que presenta un corrimiento al rojo (redshift, en inglés) de 7,54, una medida que nos indica que está muy, muy lejos. "Hemos roto otra barrera de distancia al encontrar un objeto aún más lejano que el que ya conocíamos", explica a Hipertextual Ángel López-Sánchez, del Observatorio Astronómico Australiano y la Universidad de Macquarie, que no ha participado en el estudio publicado hoy en Nature.
¿Qué es un cuásar y cómo se mide su lejanía?
Aunque parezcan sinónimos, cuásar y agujero negro no son exactamente lo mismo. Según Bañados, podríamos definir cuásar como un agujero negro supermasivo activo en el centro de una galaxia muy masiva. Tal y como explica López-Sánchez a Hipertextual, los investigadores hablan de agujeros negros supermasivos para referirse a agujeros negros con más de un millón de veces la masa del Sol. Por ejemplo, en el caso del agujero negro del centro de nuestra galaxia, la Vía Láctea, hablamos de un agujero negro supermasivo que cuenta con 4,5 millones de masas solares, pero no es un cuásar. “Todas las galaxias poseen agujeros negros supermasivos. La cosa es saber si el agujero está activo o no”, comenta el investigador del Observatorio Astronómico Australiano.
Los científicos explican que un cuásar es un agujero negro supermasivo activo en el centro de una galaxia muy masiva
“A mí me gusta pensar esto como una analogía con los volcanes. Sabemos que existen volcanes activos e inactivos. Lo mismo ocurre con los agujeros negros supermasivos en el centro de las galaxias. Los que están activos, es decir, creciendo tragando materia, se llaman núcleos activos de galaxias (AGN, en inglés)”, sostiene Bañados. Los cuásares representan de hecho el caso extremo de los AGN: “la emisión de radiación del agujero negro es tan brutal que ‘enmascara’ a la galaxia entera”, apunta López-Sánchez. Estos objetos, recuerda Bañados, “generalmente viven en algunas de las galaxias más masivas que se conocen”. En definitiva, un cuásar sí es un agujero negro, pero no todos los agujeros negros son cuásares. Hasta la fecha solo ha sido posible detectar cuásares en el universo distante, no en el local; por otro lado, sabemos que estos objetos están en galaxias, una confirmación que llegó de la mano del telescopio Hubble.
Ilustración sobre el hallazgo del cuásar más lejano encontrado hasta ahora. Crédito: Robin Dienel (Carnegie Institution for Science).
Antes de la publicación de este trabajo, la comunidad científica había logrado detectar un único cuásar, denominado ULAS J1120+0641, con un desplazamiento al rojo (redshift) superior a 7. La investigación liderada por la Institución Carnegie va un paso más allá, al haber encontrado un objeto que presenta un corrimiento al rojo de 7,54. “Para medir distancias cosmológicas los astrónomos utilizan una relación entre distancia y corrimiento al rojo. El desplazamiento al rojo es una medida de cómo la luz de un objeto se ‘estira’ al alejarse de nosotros debido a la expansión del universo”, explica Bañados. Este efecto es el mismo que ocurre cuando oímos la sirena de una ambulancia: a medida que el vehículo se aleja, iremos escuchando el sonido cada vez más grave. El objeto observado presenta un desplazamiento al rojo de 7,54, lo que significa que está muy, muy lejos
“Usando esta medición empírica podemos luego usar nuestro conocimiento de cosmología e interpretar este desplazamiento al rojo [efecto Doppler] como una distancia. La luz que nos llega en estos momentos de este objeto ha estado viajando por más de 13 mil millones de años", asegura Bañados. El hecho de haber encontrado un cuásar con un corrimiento al rojo de 7,54 indica que dicho objeto se aleja de nosotros a 7,54 veces la velocidad de la luz, es decir, a 2,26 millones de kilómetros por seguro, comenta por su parte López-Sánchez. En otras palabras, determinar el desplazamiento al rojo del cuásar ULAS J1342+0928 nos ha permitido confirmar que el objeto está realmente lejos.
Crédito: Jinyi Yang, Universidad de Arizona; Reidar Hahn, Fermilab; M. Newhouse NOAO/AURA/NSF.
¿Por qué es importante el hallazgo?
López-Sánchez destaca la importancia del descubrimiento por dos motivos. Por un lado, la detección a esa distancia de un agujero negro supermasivo de gran tamaño nos ayuda a entender cómo crecen los agujeros negros; por otro lado, las conclusiones del trabajo en Nature también permiten estudiar las propiedades derivadas del medio en el que se encuentra dicho objeto. Según Bañados, sus resultados “desafían varias de las teorías que existen [acerca del origen de estos objetos], ya que formar un agujero negro de 800 millones de masas solares en menos de 690 millones de años es muy difícil”. En el caso de que estos objetos estuvieran tragando materia a la velocidad más alta posible, llamada tasa de Eddington, “estos agujeros negros tendrían que formarse de ‘semillas’ extremadamente masivas”, sostiene. Los astrofísicos deben explicar ahora cómo es posible que se desarrollen estas masivas semillas o, por el contrario, sugerir una hipótesis diferente para comprender cómo se forman estos ‘monstruos’ en tan poco tiempo.
El descubrimiento del cuásar más distante nos permite comprender cómo crecen los agujeros negros o cuándo se encendieron las primeras estrellas
"Los agujeros negros crecen por fusión de objetos más pequeños, como las galaxias, y la fusión de agujeros negros es una fuente importante de ondas gravitatorias", señala López-Sánchez. El hallazgo presentado en Nature apoya en particular las hipótesis que defienden el rápido crecimiento de los agujeros negros supermasivos, además de ayudarnos a concretar mejor la fecha en la que se empezaron a encender las primeras estrellas en el universo. "Este cuásar está tan lejos que el universo sólo tenía unos 690 millones de años de edad. Los datos observacionales apoyan la hipótesis de que entonces la mayoría del gas difuso estaba ya en estado neutro (y no ionizado)", señala. Para entender cuándo se empezaron a formar las estrellas en el universo, debemos entender en qué momento comenzó la llamada época de la reionización. Durante esta etapa, el hidrógeno difuso y frío se volvió a ‘encender’ por la acción de las estrellas en formación, de ahí que este tipo de trabajos nos enseñen más acerca de la historia del cosmos.
En opinión de Bañados, el cuásar detectado es “un objeto súper interesante”, pero de momento es solamente uno. “Para obtener mediciones más robustas sobre la historia de la época de la reionización del universo, necesitamos encontrar más de estos objetos”, asegura. El primer autor del trabajo destaca que “ahora sabemos que hay un cuásar muy luminoso y evolucionado 690 millones de años después del Big Bang. Es poco probable que este sea el primer cuásar que se haya formado, así que ahora tenemos aún más motivaciones para seguir buscando”. El objeto presenta una luminosidad tan elevada que está siendo analizado en detalle por los telescopios más poderosos del mundo y el espacio, empleando desde rayos X a ondas de radio. Los científicos esperan que el cuásar más distante observado nunca, que nos ayuda a comprender mejor la historia del universo, guarde aún muchas más sorpresas.
El astrofísico Dimitar Sasselov posa durante la entrevista en Madrid SERGIO GONZÁLEZ VALERO
Este 'cazador' de planetas está detrás de misiones de las misiones de la NASA que buscan mundos fuera del Sistema Solar
De pequeños, muchos de nosotros aprendimos que había nueve planetas y que la Tierra era uno de ellos (a Plutón acabaron expulsándolo de la lista en 2006). Pero nada más lejos de la realidad. La creencia de que el Sistema Solar era algo único en nuestra galaxia saltó por los aires hace poco más de 20 años. El descubrimiento de miles de mundos fuera del Sistema Solar (exoplanetas) ha puesto de manifiesto que no somos tan especiales como pensábamos y ha abierto la puerta a que exista vida en planetas parecidos al nuestro, aunque estén muy lejos de la Tierra.
Sabemos que existen gracias a los telescopios, a las naves espaciales y a científicos como Dimitar Sasselov (Nessebar, Bulgaria, 1961), que se dedica a idear esas misiones de exploración y a interpretar los datos que mandan. Este investigador de la Universidad de Harvard está dedicado a descubrir nuevos mundos desde que nació este campo, del que habla con un entusiasmo contagioso. Como relata durante una entrevista con EL MUNDO, el hallazgo de los primeros exoplanetas corrió a cargo de un equipo que estudiaba estrellas en su misma comunidad científica: "No eran científicos planetarios", explica.
Fundador de la Iniciativa Orígenes de la Vida, un programa de Harvard en el que participan biólogos, astrónomos y químicos, el cazaplanetas Sasselov visitó recientemente Madrid para explicar los progresos que están haciendo en una conferencia del ciclo La ciencia del cosmos, la ciencia en el cosmos, de la Fundación BBVA.
El astrónomo búlgaro ha tenido un papel importante en la misión Kepler, una nave de la NASA lanzada en 2009 y diseñada específicamente para buscar exoplanetas (ha descubierto más de 2.300, de los que una treintena tienen un tamaño parecido a la Tierra y están en la zona habitable de su estrella).
Ahora está centrado en su sucesora, TESS (Transiting Exoplanet Survey Satellite), una sonda que será lanzada en junio de 2018 y que espiará a 200.000 estrellas para descubrir los planetas que las orbitan. "Kepler descubrió algunos planetas que estaban en la zona habitable y que orbitan estrellas como el Sol, pero están demasiado lejos. El más cercano y prometedor está a 1.400 años luz. Cuando hicimos la propuesta para Kepler, no sabíamos cuántos mundos había y queríamos tener datos estadísticos. Ahora, TESS va a observar las estrellas más cercanas para descubrir los planetas más próximos y que podamos elegir los mejores candidatos para estudiarlos con el futuro telescopio espacial James Webb y el telescopio terrestre ELT", detalla.
La sonda Kepler fue lanzada en 2009 y su misión, que iba a durar tres años y medio, concluyó oficialmente el pasado verano, aunque en los últimos años funcionó de forma limitada tras las averías que sufrió en órbita. Y es que, aunque la misión fue prorrogada en 2012, el fallo de dos sus cuatro ruedas (que le permiten apuntar con precisión a distintas direcciones del cielo) abortó los nuevos planes.
"Nos decepcionó mucho porque acabábamos de conseguir que la NASA extendiera la misión varios años, lo que hubiera sido muy bueno para conseguir una estadística y descubrir más planetas interesantes. Pero se rompió. Sin embargo, debo decir que ahora que ya lo hemos superado, estamos muy emocionados con los nuevos telescopios. Ahora podemos estudiar las atmósferas de esos planetas descubiertos y ver si hay vida, y eso es mucho más emocionante. Kepler fue una misión muy exitosa e hizo posible TESS, pero ahora hay que seguir adelante".
El astrónomo está impaciente por saber más sobre Próxima b (el exoplaneta más cercano, que orbita la estrella Próxima Centauri) y el sistema de la estrella Trappist-1, que alberga siete planetas a 40 años luz, algunos de los cuales creen que son parecidos a la Tierra.
La vida que entendemos
Sasselov ve muy posible que haya más planetas en ambos sistemas, aunque cree que los descubiertos son los más interesantes porque son más parecidos a la Tierra. "Si hubiera planetas más lejos serían demasiado fríos, como Júpiter y Saturno". Si lo que queremos es encontrar vida, sostiene, "desde el punto de vista práctico es más fácil ir a los sitios que entendemos, a planetas en los que pueda haber vida como la que hay en la Tierra. No tenemos una definición de vida general porque sólo conocemos la de nuestro planeta".
"Aunque las estrellas que orbitan son enanas rojas, diferentes a nuestro sol, son los primeros planetas como la Tierra que estudiaremos y en los que buscaremos vida. Y eso es muy emocionante", señala. En su opinión, es "muy probable que la haya porque que si la vida es una química que emerge cuando las condiciones son adecuadas, no importa mucho el tipo de estrella". El astro, argumenta, siempre da calor y luz.
¿Cómo sería? "Creo que si tienen vida sería más o menos como la conocemos en la Tierra desde el punto de vista químico, aunque la luz de esos planetas sería más roja y al estar más cerca, estarían más expuestos a las llamaradas de su estrella, algo que no debería afectar a la atmósfera, pero aún no sabemos si afectaría a las plantas o a los animales".
Marte como laboratorio
¿Y en Marte? ¿Podría haber vida allí? "La probabilidad de que haya vida en la actualidad es baja, pero no es cero. Respaldo mucho la búsqueda de vida allí", señala. "Además, estudiar Marte es muy interesante porque no tiene placas tectónicas y la historia geológica completa se ha preservado, a diferencia de lo que ha ocurrido en la Tierra, cuya corteza se está reciclando constantemente por la actividad sísmica y sólo han sobrevivido rocas muy antiguas en Groenlandia o Australia. Es muy posible que el sistema químico que dio origen a la vida empezara hace 4.200 o 4.100 millones de años, pero no tenemos pruebas que lo demuestren pues las más antiguas tienen unos 3.800 millones de años de antigüedad". Aunque resulté irónico, añade, "es más fácil ver cómo era la Tierra en el pasado viendo cómo es Marte".
Las lunas heladas
Pero el planeta rojo no es el único sitio del Sistema Solar en el que podría haber vida: "Encélado (una luna de Saturno) tiene géiseres y un océano subterráneo cubierto por hielo. Hay gas hidrógeno, que en la Tierra es muy bueno para la vida porque es un buen alimento para microbios. Existe un gran interés por tomar muestra del agua que sale del océano subterráneo en Encélado", explica.
También interesa Europa, la luna de Júpiter: "Tiene una estructura similar a la de Encélado, con un océano subterráneo y una corteza de hielo, pero parece que no tiene tanta actividad y será más difícil de estudiar. Habría que aterrizar en su superficie y perforarla para tomar muestras del océano. En Encélado el agua sale directamente así que sería muy fácil conseguir muestras".
Por ello, "en la comunidad científica hay discusión sobre qué lugar es mejor enviar una misión, Europa está más cerca, pero por otro lado la misión a Encélado es más fácil", explica. En cualquier caso, no se hará de la noche a la mañana: "Tardaremos por lo menos 15 años en prepararla", calcula.
Situada a 320 años luz de distancia, su atmósfera se ve afectada por ondas de choque potentes e inesperadas
Un equipo de astrónomos de la Universidad Tecnológica de Chalmers ha observado por primera vez detalles de la superficie de una estrella situada a 320 años luz de distancia en la constelación de Hydra. La gigante roja W Hydrae tiene la misma masa que el Sol y está envejeciendo. Las imágenes del telescopio ALMA en Chile muestran que es gigantesca, su diámetro es dos veces el tamaño de la órbita de la Tierra alrededor del Sol, y que su atmósfera se ve afectada por ondas de choque potentes e inesperadas. La investigación se ha publicado en Nature Astronomy.
W Hydrae, que tiene unos mil millones de años más que el Sol, es un ejemplo de una estrella AGB (rama asintótica gigante), un período de evolución estelar en el que las estrellas son frías, brillantes, viejas y pierden masa a través de los vientos estelares. El nombre deriva de su posición en el famoso diagrama de Hertzsprung-Russell, que clasifica las estrellas de acuerdo con su brillo y temperatura.
Los anillos de puntos muestran el tamaño de las órbitas de la Tierra (en azul) y de otros planetas alrededor del Sol para comparar - Alma (ESO / NAOJ / NRAO) / W. Vlemmings
«Para nosotros es importante estudiar no solo cómo son las gigantes rojas, sino también cómo cambian y cómo siembran la galaxia con los elementos que son los ingredientes de la vida. Usando las antenas de ALMA en su configuración de mayor resolución, ahora podemos hacer las observaciones más detalladas de estas estrellas geniales y emocionantes», dice Wouter Vlemmings, autor del estudio.
Las estrellas como el Sol evolucionan en escalas de tiempo de muchos miles de millones de años. Cuando llegan a la vejez, se inflaman y se vuelven más grandes, más frías y más propensas a perder masa en forma de vientos estelares. Las estrellas fabrican elementos importantes como el carbono y el nitrógeno. Cuando alcanzan la etapa de gigante roja, estos elementos se liberan en el espacio, listos para ser utilizados en generaciones posteriores de nuevas estrellas.
Las imágenes de ALMA proporcionan la visión más clara hasta ahora de la superficie de una gigante roja con una masa similar al Sol. Las primeras imágenes nítidas han mostrado detalles sobre estrellas supergigantes rojas mucho más masivas como Betelgeuse y Antares.
¿Una llamarada gigante?
Las observaciones también han sorprendido a los científicos. La presencia de una mancha inesperadamente compacta y brillante proporciona evidencias de que la estrella tiene un gas sorprendentemente caliente en una capa sobre la superficie de la estrella: una cromosfera.
El cielo alrededor de W Hydrae, con luz visible - Digitized Sky Survey
«Nuestras mediciones del punto brillante sugieren que hay poderosas ondas de choque en la atmósfera de la estrella que alcanzan temperaturas más altas de lo que predicen los modelos teóricos actuales para las estrellas AGB», señala Theo Khouri, astrónomo de Chalmers y miembro del equipo.
Una posibilidad alternativa es al menos tan sorprendente: que la estrella estaba experimentando una llamarada gigante cuando se hicieron las observaciones.
Los científicos están llevando a cabo nuevas observaciones, tanto con ALMA como con otros instrumentos, para comprender mejor la sorprendente atmósfera de W Hydrae. «Es humillante ver nuestra imagen de W Hydrae y ver su tamaño en comparación con la órbita de la Tierra. Nacemos del material creado en estrellas como esta, por lo que para nosotros es emocionante tener el desafío de comprender algo que nos dice tanto sobre nuestros orígenes y nuestro futuro», indica la astrónoma Elvire De Beck, que también ha participado en la investigación.
Physicists in China and the US have built a ten-qubit superconducting quantum processor that could be scaled up to tackle problems not solvable by classical computers. The performance of the device was verified using quantum tomography, which showed that the new approach can generate a true ten-partite Greenberger–Horne–Zeilinger (GHZ) state – the largest yet achieved in a solid-state system.
The field of quantum computing is in its infancy, and a genuinely useful, practical device that outperforms classical computers has not yet been built. At this stage of development, researchers do not even agree on the basics of implementation, but techniques employing superconducting circuits have an advantage over some other designs in that they are based on established and scalable microfabrication processes.
Robust to noise
Writing in Physical Review Letters, a multi-institution collaboration led by Jian-Wei Pan of the University of Science and Technology of China, Shanghai, report a superconducting architecture in which information is encoded as transmons – a form of charge qubit especially robust to noise. The team used a bus resonator to mediate qubit–qubit coupling, and showed that a single collective interaction could produce a ten-qubit GHZ state from initially non-entangled qubits.
Pan and colleagues propose that the efficient generation of entanglement, and the ability to operate on different qubit pairs in parallel, make their approach a promising route to achieving a large-scale quantum computer.
El experimento BASE registra la medida más precisa del momento magnético del antiprotón, superando el anterior récord establecido hace unos meses.
Un equipo de investigadores del CERN ha logrado determinar la medida más precisa del momento magnético del antiprotón, superando incluso la estimación realizada para la materia. Los resultados conseguidos por el experimento BASE han sido publicados en la revista Nature, mejorando por un factor de 350 la precisión de la medida lograda el pasado mes de enero. El CERN ha batido su propio récord en la medición del momento magnético del antiprotón, superando el registro obtenido en enero
"Es probablemente la primera vez que los físicos realizan una medida más precisa para la antimateria que para la materia, lo que prueba los extraordinarios avances conseguidos por el desacelerador de antiprotones del CERN", asegura Christian Smorra, primer firmante del trabajo publicado en Nature. Sus conclusiones, a juicio de Stefan Ulmer, portavoz de la colaboración BASE, suponen "la culminación de varios años de investigación continua". Se trata, además, de "una de las medidas más difíciles nunca logradas en una trampa de Penning", ha explicado el científico en un comunicado difundido por el CERN.
La trampa de Penning es un sistema que permite atrapar la antimateria cargada eléctricamente con el objetivo de estudiarla, una finalidad para la que debe mantenerse separada de la materia. En caso contrario, los antiprotones se destruirían. Los resultados obtenidos son consistentes con los momentos magnéticos del protón y del antiprotón siendo similares, con la incertidumbre experimental de que la nueva medición sobre la antimateria es significativamente más pequeña que la de los protones.
Crédito: CERN
El análisis sobre las propiedades de la materia y la antimateria es fundamental para comprender por qué existe un desequilibrio tan importante en las proporciones de ambas en el universo. Entre las características que podemos estimar de estas partículas destaca el momento magnético, una propiedad que determina el comportamiento de una partícula, en este caso un antiprotón, dentro de un campo magnético. Podremos entender por qué existe un desequilibrio entre materia y antimateria en el universo
Las diferentes partículas presentan comportamientos magnéticos diferentes, pero se cree que el valor del momento magnético de protones y antiprotones solo se distinguiría por el signo. Cualquier diferencia en su magnitud pondría en tela de juicio el Modelo Estándar de la Física de partículas. Conocer mejor las propiedades de la materia y de la antimateria nos permitirá en el futuro comprender uno de los misterios más importantes de la ciencia: el porqué de la asimetría entre materia y antimateria en el universo.
Imagen virtual de una explosión de kilonova causada por la colisión de dos estrellas de neutrones (European Southern Observatory)
El choque de dos estrellas diminutas, de unos veinte kilómetros de diámetro, ha abierto una nueva era en la astronomía.
No eran estrellas cualesquiera. Eran estrellas de neutrones, auténticos zombis cósmicos, cadáveres oscuros de astros que ardieron en el pasado. Estaban condenadas a una eternidad de sombras. Pero se atrajeron y, al unirse, volvieron a encenderse.
El primer eco de aquel encuentro, que tuvo lugar a 130 millones de años luz de la Tierra, llegó el 17 de agosto al detector de ondas gravitacionales LIGO de Hanford, en el estado de Washington (EE.UU.). Dos segundos después, una ráfaga de rayos gamma deslumbraba a los telescopios espaciales Fermi e Integral.
Ondas gravitacionales y señales ópticas se han observado juntas por primera vez: es el inicio de la astronomía multi-mensajero
Desde entonces, unos 4.000 astrónomos de todo el mundo han estado trabajando sin descanso para descifrar qué ocurrió. Han recurrido a todos los grandes observatorios, unos 70 en total, incluidos telescopios espaciales como el Hubble, para mirar hacia aquella región del cielo.
Sus conclusiones, presentadas hoy en ruedas de prensa simultáneas en Washington, Garching (Alemania) y Madrid, responden a preguntas que los astrónomos se hacen desde hace décadas.
¿Cuál es el origen de los elementos químicos pesados que hay en la Tierra como el plomo, el oro o el platino? Las observaciones de los dos últimos meses han detectado estos y otros elementos tras la colisión de las estrellas de neutrones, lo que indica que gran parte de ellos se formaron en este tipo de cataclismos.
La galaxia NGC 4993, a 130 millones de años luz de la Tierra, donde se ha observado por primera vez una colisión de estrellas de neutrones. (European Southern Observatory)
¿Existen las kilonovas, explosiones estelares mil veces más potentes que una nova nornal, cuya existencia fue predicha hace más de tres décadas? “Esta es la primera observación confirmada” de una kilonova, destaca el Observatorio Austral Europeo (ESO) en un comunicado.
¿De dónde proceden los estallidos de rayos gamma, los fenómenos electromagnéticos más luminosos del Universo, cuyo origen ha desconcertado a los astrónomos durante décadas? “Al menos algunas de las ráfagas cortas de rayos gamma son generadas por la fusión de estrellas de neutrones”, señala el consorcio de investigadores españoles que han participado en la investigación en otro comunicado.
¿Cuál es el valor de la constante de Hubble, el número fundamental que determina la velocidad de expansión del Universo y por lo tanto explica su historia y su futuro? Después de décadas de controversias, y de que las últimas estimaciones la situaran en un intervalo entre 65 y 76 km/s/Mpc, las nuevas observaciones apuntan a un valor de 70 km/s/Mpc.
Los elementos pesados como el oro y el platino proceden de colisiones de estrellas de neutrones
Pero lo más importante, para los astrónomos, es que por primera vez han podido combinar las ondas gravitacionales con las ondas electromagnéticas para estudiar el Universo.
Si en el pasado las observaciones se reducían a detectar fotones (las partículas de la radiación electromagnética, que incluye entre otras la luz visible, la ultravioleta, los rayos gamma o las ondas de radio), a partir de ahora se podrán complementar con la detección de ondas gravitacionales. En el futuro se espera poder complementarlas además con observaciones de neutrinos, un tipo de partícula que no interactúa con el electromagnetismo ni con la gravedad y que por lo tanto muestra una vertiente complementaria del Universo.
Es “una nueva era en sus inicios”, destaca en un comunicado Elena Pian, investigadora del Instiuto Nacional de Astrofísica de Italia (INAF) y primera autora de uno de los más de quince artículos científicos donde hoy se presentan los resultados de las observaciones, publicados en revistas como Nature, Science y The Astrophysical Journal Letters. A esta nueva manera de hacer astronomía combinando datos de fuentes complementarias se la empieza a conocer, en la jerga del sector, como astronomía multi-mensajero (en el sentido de que los fotones son un tipo de mensajero, las ondas gravitacionales otro y los neutrinos un tercero)
La investigación revela un origen de los estallidos de rayos gamma, que han desconcertado a los astrónomos desde hace décadas
Pero volvamos al 17 de agosto. A las 14.41 (hora española), el detector LIGO del estado de Washington, en el noroeste de EE.UU., captó la señal de una onda gravitacional. Se trataba de la quinta señal de este tipo que llegaba a Hanford en los dos últimos años. Pero a diferencia de las cuatro anteriores, que fueron extremadamente breves y procedían de colisiones de agujeros negros, la nueva señal se prolongó durante un centenar de segundos, lo que indicaba que tenía un origen distinto.
Otro detector LIGO que se encuentra en el estado de Luisiana, en el sureste de EE.UU., y el detector Virgo construido cerca de Pisa, en Italia, también registraron la señal, lo que permitió triangular su posición y determinar la pequeña región en el cielo del hemisferio sur de la que procedía.
El análsis de las ondas gravitacionales reveló que habían sido emitidas por dos astros que habían estado girando uno alrededor de otro como bailarines, cada vez más cerca y cada vez más rápido. Tenían unas masas situadas entre 1,1 y 1,6 veces la masa del Sol, lo que corresponde al rango de masas de las estrellas de neutrones. Giraban tan rápido que distorsionaban el espacio-tiempo a su alrededor emitiendo energía en forma de ondas gravitacionales.
Imagen virtual de una colisión de dos estrellas de neutrones. (European Southern Observatory)
Al entrar en contacto, moviéndose a un tercio de la velocidad de la luz una respecto a la otra, se fusionaron y formaron un objeto ultradenso emitiendo el alarido de rayos gamma que fue captado por los telescopios espaciales Fermi (de la NASA) e Integral (de la Agencia Espacial Europea).
Sabiendo la región del cielo de la que procedía la señal, telescopios de todo el mundo orientaron sus objetivos hacia la galaxia NGC 4993, en la constelación de Hidra. Allí pudieron seguir durante las semanas siguientes la evolución del cataclismo.
Observaron cómo parte del material de las estrellas de neutrones fue violentamente expulsado, a una quinta parte de la velocidad de la luz, y se iluminó formando una kilonova. La luz de la kilonova empezó siendo de un color azul intenso y en pocos días viró hacia un rojo profundo. Un análisis del espectro de la luz reveló los elementos que contenía: oro, platino, plomo, cesio, telurio… Los elementos pesados cuyo origen era un enigma.
Mientras tanto, en el centro de la escena, la unión de las dos estrellas de neutrones ha dado lugar posiblemente a una estrella de neutrones hipermasiva, que no ha podido ser observada directamante y está destinada a convertirse en un agujero negro.
