Apoyan a Conec

Superior

Astronomía, Física

La fusión de estrellas de neutrones detectada en ondas gravitacionales y electromagnéticas revoluciona el campo de la astronomía

El 17 de agosto de 2017 los detectores LIGO-Virgo detectaron ondas gravitacionales procedentes de la fusión de dos estrellas de neutrones. Estas ondas no venían solas. Un par de segundos después, el satélite Fermi de la NASA detectaba un estallido de rayos gamma procedente de la misma dirección en el cielo. Este descubrimiento y los acontecimientos de las semanas posteriores confirman las teorías actuales sobre estallidos de rayos gamma de corta duración y resuelven el misterio del origen del oro y otros elementos pesados en el universo.



El detector d’ones gravitacionals Virgo prop de Pisa.

En 2015 los dos detectores LIGO (Hanford y Livingston, EEUU) registraron por primera vez ondas gravitacionales procedentes de la fusión de dos agujeros negros, confirmando la última predicción de la Relatividad General de Einstein (Nobel 2017). El detector europeo Virgo (Cascina, Italia) se unió a la red en verano de 2017. Menos de un mes después se observó uno de los eventos más esperados por todos los astrofísicos: la fusión de dos estrellas de neutrones a unos 130 millones de años-luz, lo que permitió seguir el evento en todas las frecuencias del espectro electromagnético, desde rayos gamma hasta ondas de radio. Esta detección combinada marca el comienzo de la era de la astronomía de multi-mensajeros.

Sistemas binarios de estrellas de neutrones

Tras la explosión de estrellas masivas queda un objeto compacto formado casi íntegramente por neutrones, conocido como estrella de neutrones, de unos 20 km de diámetro y una masa superior a la del Sol. Tras su descubrimiento en 1967 por Jocelyn Bell Burnell y Anthony Hewish (Nobel 1974), hoy conocemos  entorno a 2000 estrellas de neutrones. Muchas de ellas no están aisladas, sino formando parte un sistema binario. El sistema binario de estrellas de neutrones más famoso fue descubierto en 1974 por Joseph Taylor y Russel Hulse (Nobel 1993), con una órbita en la que ambas estrellas se acercaban en cada revolución debido a la emisión de ondas gravitacionales, prediciendo una futura fusión. Hace 130 millones de años una de estas fusiones tuvo lugar en la galaxia NGC 4993, y desde el pasado 17 de agosto astrónomos de todo el mundo disfrutan del espectáculo resultante.

La detección de las ondas gravitacionales

Las ondas gravitacionales son perturbaciones del espacio-tiempo que viajan a la velocidad de la luz. Procesos extremadamente violentos, como la fusión de agujeros negros o estrellas de neutrones, producen ondas gravitacionales suficientemente intensas como para ser observadas en la red de detectores LIGO-Virgo gracias a un desarrollo tecnológico sin precedentes. Con los tres detectores de la red podemos triangular la localización de la fuente en el cielo con gran precisión. En agosto de 2017, la colaboración LIGO-Virgo observó por primera vez un patrón característico consistente con la fusión de dos estrellas de neutrones.


Detección simultánea de ondas gravitacionales y rayos gamma.

 

Fusión de estrellas de neutrones

Durante décadas, modelos teóricos han predicho el resultado de la fusión de dos estrellas de neutrones a través de simulaciones numéricas extremadamente complejas en algunos de los superordenadores más potentes del mundo. En el modelo más aceptado, gran parte de los restos de la fusión forman un agujero negro central alrededor del cual orbita parte del material restante que es absorbido en segundos. Durante este proceso se emiten dos chorros de plasma simétricos que viajan a una velocidad cercana a la de la luz, origen de los conocidos como estallidos de rayos gamma de corta duración. En estos modelos también se conjetura que una pequeña fracción de la materia involucrada es expulsada en todas las direcciones dando lugar a una emisión característica llamada kilonova, en donde creemos que se producen la mayoría de los elementos pesados del universo, como el oro, el platino o el uranio. Todas estas predicciones han sido confirmadas con las observaciones en todo el espectro electromagnético que siguieron en las semanas posteriores a la observación de la señal de ondas gravitacionales.


La fusión de dos estrellas de neutrones produce rayos de alta energía y expulsa materia al espacio formando una kilonova.

 

Multi-mensajeros

Un par de segundos después de la detección de la señal gravitacional , el satélite de rayos gamma Fermi detectó un estallido de unos 2 segundos de duración, confirmando el vínculo entre las fusiones de estrellas de neutrones y estos eventos altamente energéticos.

Con la red de detectores LIGO-Virgo, se pudo localizar el origen de la fuente en una pequeña región del cielo y se comunicó a la comunidad astronómica. Anochecía en el desierto de Atacama en Chile, cuando el telescopio Swope descubrió una nueva fuente azulada en la galaxia NGC 4993. La fuente, observada por diversos telescopios alrededor del mundo durante las siguientes horas, se volvía cada vez más rojiza, de acuerdo con la predicción del modelo de la kilonova. En los últimos días antes de desaparecer se detectó la presencia de elementos pesados, indicando, por ejemplo, que casi todo el oro en la Tierra ha sido producido muy probablemente en fusiones de estrellas de neutrones.

Pero la kilonova no era la única sorpresa que aguardaba a los astrónomos. Unos días después, los satélites de rayos X detectaron una nueva emisión en la misma localización en el cielo: estaban observando la interacción del chorro de plasma emitido en los primeros segundos con el medio interestelar envolvente. El día del anuncio del descubrimiento, el 16 de octubre, todavía era visible en ondas de radio  y seguirá siéndolo durante los próximos meses a medida que se expande por el espacio.

LIGO y Virgo iniciarán un nuevo periodo de observación con una mayor sensibilidad a finales de 2018. Esta gran sorpresa para la comunidad astronómica podría convertirse en algo frecuente que revolucione nuestra comprensión del universo.


Localización de las ondas gravitacionales (verde), rayos gamma (azul) i óptica (ampliación a la derecha).

 

Una detección con contribución valenciana

Miembros del Departamento de Astronomía y Astrofísica (DAA) y del Departamento de Matemáticas de la Universitat de València, liderados por el profesor José Antonio Font, participan en el experimento Virgo que, junto con LIGO, detectó la señal de ondas gravitacionales. El grupo de astrofísica relativista del DAA lleva muchos años simulando numéricamente escenarios como la fusión de estrellas de neutrones, y la formación de agujeros negros y chorros relativistas, así como las explosiones de supernovas… ¿será una de estas explosiones la fuente de observaciones de ondas gravitacionales en un futuro próximo?

Más información:
http://ligo.org/detections/GW170817.php

 

 

 

 


No comments yet.

Deja un comentario