El resplandor de las estrellas de neutrones en colisión eclipsaría nuestro sol

septiembre 12, 2019

En marzo, los astrónomos apuntaron el telescopio espacial Hubble a un punto distante en el espacio donde dos estrellas de neutrones habían chocado. Usando el ojo gigante del Hubble, observaron ese lugar distante durante 7 horas, 28 minutos y 32 segundos en el transcurso de seis de las órbitas del telescopio alrededor de la Tierra. Fue la exposición más larga jamás realizada en el lugar de la colisión, lo que los astrónomos llaman la imagen "más profunda". Pero su disparo, realizado más de 19 meses después de que la luz de la colisión llegara a la Tierra, no recogió ningún remanente de la fusión de la estrella de neutrones. Y esas son buenas noticias.

Esta historia comenzó con un bamboleo el 17 de agosto de 2017. A onda gravitacional, habiendo viajado 130 millones de años luz a través del espacio, empujó los láseres en el Observatorio de interferómetro láser de ondas gravitacionales (LIGO), el detector de ondas gravitacionales que se extiende por el globo. Esa señal siguió un patrón, uno que les dijo a los investigadores que era el resultado de la fusión de dos estrellas de neutrones – la primera fusión de estrellas de neutrones detectada. Los detectores de ondas gravitacionales no pueden determinar de qué dirección proviene una onda, pero tan pronto como llegó la señal, los astrónomos de todo el mundo entraron en acción, buscando en el cielo nocturno la fuente de la explosión. Pronto lo encontraron: un punto en las afueras de una galaxia conocida como NGC4993 se había iluminado con el "kilonova"de la colisión: una explosión masiva que arroja rápidamente material radioactivo en descomposición al espacio en un brillante despliegue de luz.

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Así es como se ven las diez imágenes anteriores con la imagen de Fong restada de ellas.

(Crédito de la imagen: Wen-fai Fong et al, Hubble Space Telescope / NASA)

Unas semanas más tarde, NGC4993 pasó detrás del sol y no volvió a salir hasta unos 100 días después del primer signo de la colisión. En ese punto, el kilonova se había desvanecido, revelando el "resplandor crepuscular" de la fusión de la estrella de neutrones, un fenómeno más tenue pero duradero. Entre diciembre de 2017 y diciembre de 2018, los astrónomos usaron el Hubble para observar el resplandor 10 veces a medida que se desvanecía lentamente. Sin embargo, esta última imagen, que no muestra resplandor visible posterior u otros signos de la colisión, podría ser la más importante hasta el momento.

"Pudimos hacer una imagen realmente precisa, y nos ayudó a mirar hacia atrás a las 10 imágenes anteriores y hacer una serie de tiempo realmente precisa", dijo Wen-fai Fong, astrónomo de la Universidad Northwestern que dirigió este último esfuerzo de imagen.

Esa "serie temporal" equivale a 10 tomas claras del resplandor que evoluciona con el tiempo. La última imagen de la serie, que muestra ese punto en el espacio sin ningún brillo posterior, les permitió volver a las imágenes anteriores y restar la luz de todas las estrellas circundantes. Con toda esa luz de las estrellas eliminada, los investigadores se quedaron con imágenes extremadamente detalladas y sin precedentes de la forma y la evolución del resplandor posterior con el tiempo.

La imagen que surgió no se parece a nada que veríamos si miramos hacia el cielo nocturno con solo nuestros ojos, dijo Fong a Live Science.

"Cuando dos estrellas de neutrones se fusionan, forman un objeto pesado, ya sea una estrella de neutrones masiva o un agujero negro claro, y giran muy rápidamente. Y el material se expulsa a lo largo de los polos", dijo.

Ese material despega a velocidades vertiginosas en dos columnas, una apuntando hacia arriba desde el polo sur y otra desde el norte, dijo. A medida que se aleja del sitio de colisión, se golpea contra el polvo y otros desechos espaciales interestelares, transfiere parte de su energía cinética y hace que ese material interestelar brille. Las energías involucradas son intensas, dijo Fong. Si esto sucediera en nuestro sistema solar, superaría con creces nuestro sol.

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Mucho de eso ya se sabía de estudios teóricos y observaciones anteriores del resplandor, pero la verdadera importancia del trabajo de Fong para los astrónomos es que revela el contexto en el que ocurrió la colisión original.

"Este es un buen trabajo. Muestra lo que habíamos sospechado en nuestro trabajo de observaciones anteriores del Hubble", dijo Joseph Lyman, astrónomo de la Universidad de Warwick en Inglaterra, quien dirigió un estudio anterior sobre el resplandor. "La estrella de neutrones binaria no se fusionó dentro de un cúmulo globular".

Los cúmulos globulares son regiones del espacio repletas de estrellas, dijo Lyman, que no participó en el nuevo esfuerzo, a Live Science. Las estrellas de neutrones son raras, y los binarios de estrellas de neutrones, o pares de estrellas de neutrones que orbitan entre sí, son aún más raros. Al principio, los astrónomos sospechaban que la fusión de los binarios de estrellas de neutrones sería más probable que aparecieran en regiones del espacio donde las estrellas estaban muy agrupadas y girando una alrededor de la otra salvajemente. Lyman y sus colegas, al analizar los datos anteriores de Hubble, encontraron algunas pruebas que podrían no ser el caso. La imagen de Fong mostró que no se puede encontrar un cúmulo globular, lo que parece confirmar que, al menos en este caso, una colisión de estrellas de neutrones no necesita un cúmulo de estrellas denso para formarse.

Una razón importante para estudiar estos resplandores posteriores, dijo Fong, es que podría ayudarnos a comprender las explosiones cortas de rayos gamma, misteriosas explosiones de rayos gamma que los astrónomos detectan ocasionalmente en el espacio.

"Creemos que estas explosiones podrían ser la fusión de dos estrellas de neutrones", dijo.

La diferencia en esos casos (además de que los astrónomos no detectan ondas gravitacionales que confirmen su naturaleza) es el ángulo de las fusiones con la Tierra.

La Tierra tenía una vista lateral del resplandor de esta fusión, dijo Fong. Pudimos ver salir la luz y luego desvanecerse con el tiempo.

Pero cuando ocurren explosiones cortas de rayos gamma, ella dijo: "Es como si estuvieras mirando por el caño de la manguera de fuego".

Uno de los chorros de escape de materia En esos casos, dijo, apunta a la Tierra. Entonces, primero vemos la luz de las partículas que se mueven más rápido, viajando a la velocidad de la luz TK, como un breve destello de rayos gamma. Entonces, el punto de luz se desvanecerá lentamente a medida que las partículas de movimiento más lento lleguen a la Tierra y se vuelvan visibles. (Sin embargo, todavía nadie ha igualado una breve explosión de rayos gamma con una firma de onda gravitacional de una fusión de estrella de neutrones).

Esta nuevo papel, que se publicará en Astrophysical Journal Letters, no confirma esa teoría. Pero ofrece a los investigadores más material que nunca antes para estudiar el resplandor de una fusión de estrellas de neutrones.

"Es un buen anuncio de la importancia de Hubble en la comprensión de estos sistemas extremadamente débiles", dijo Lyman, "y da pistas sobre qué posibilidades adicionales se habilitarán mediante [the James Webb Space Telescope]"el masivo sucesor de Hubble está programado para implementarse en 2021.

Publicado originalmente en Ciencia viva.

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