Un choque de estrellas de neutrones abre una nueva era en la astronomía

• La colisión crea una kilonova, un tipo de astro cuya existencia no se había podido confirmar antes
• Ondas Gravitacionales: Así colisionan dos estrellas de neutrones

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.

Fuente: http://www.lavanguardia.com/ciencia/20171016/432121891733/ondas-gravitacionales-estrella-de-neutrones-kilonova-ligo-virgo.html