La Kilonova del año pasado ha probablemente creado un agujero negro
Universe Today
Ilustración del artista de dos estrellas de neutrones fusionadas. Los haces estrechos representan la ráfaga de rayos gamma mientras que la cuadrícula de espacio-tiempo ondulante indica las ondas gravitacionales isótropas que caracterizan la fusión. Las nubes de material que salen de las estrellas fusionadas son una posible fuente de luz que se ve a energías más bajas. Crédito de la imagen: National Science Foundation / LIGO / Sonoma State University / A. Simonnet
Por Matt Williams, para Universe Today Junio 5 de 2018
En agosto de 2017, se produjo otro gran avance cuando el interferómetro láser de ondas gravitatorias (LIGO: Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory) detectó ondas que se cree que fueron causadas por una fusión de estrellas de neutrones. Poco después, los científicos de LIGO, Advanced Virgo y Fermi Gamma-ray Space Telescope pudieron determinar en qué lugar del cielo se produjo este evento (conocido como kilonova).
Esta fuente, conocida como GW170817 / GRB, ha sido el objetivo de muchas encuestas de seguimiento ya que se creía que la fusión podría haber llevado a la formación de un agujero negro. Según un nuevo estudio de un equipo que analizó datos del Observatorio de Rayos X Chandra de la NASA desde el evento, los científicos ahora pueden decir con mayor confianza que la fusión creó un nuevo agujero negro en nuestra galaxia.
El estudio, titulado “ GW170817 Most Likely Made a Black Hole“,: "GW170817 Lo más probable se hizo un agujero negro ", apareció recientemente en The Astrophysical Journal Letters. El estudio fue dirigido por David Pooley, profesor asistente de física y astronomía en la Universidad de Trinity, San Antonio, e incluyó miembros de la Universidad de Texas en Austin, la Universidad de California, Berkeley, y el Laboratorio de Cosmos Energético de la Universidad Nazarbayev en Kazajstán.
Ilustración de la fusión kilonova (arriba) y el objeto resultante (izquierda y derecha) a lo largo del tiempo. Crédito: NASA / CXC / Trinity University / D. Pooley et al. Ilustración: NASA / CXC / M.Weiss
Por el bien de su estudio, el equipo analizó los datos de rayos X de Chandra tomados en los días, semanas y meses posteriores a la detección de ondas gravitatorias por LIGO y rayos gamma por la misión Fermi de la NASA. Si bien casi todos los telescopios del mundo han observado la fuente, los datos de rayos X fueron fundamentales para comprender qué sucedió después de que colisionaron las dos estrellas de neutrones.
Mientras que una observación de Chandra dos o tres días después del evento no detectó una fuente de rayos X, las observaciones posteriores tomadas 9, 15 y 16 días después del evento dieron como resultado detecciones. La fuente desapareció por un tiempo cuando GW170817 pasó detrás del Sol, pero se realizaron observaciones adicionales alrededor de 110 y 160 días después del evento, que mostraron un brillo significativo.
Si bien los datos de LIGO proporcionaron a los astrónomos una buena estimación de la masa del objeto resultante después de que las estrellas de neutrones se fusionaron (2.7 masas solares), esto no fue suficiente para determinar en qué se había convertido. Esencialmente, esta cantidad de masa significaba que era la estrella de neutrones más masiva jamás encontrada o el agujero negro de menor masa encontrado (los poseedores del registro anterior eran cuatro o cinco masas solares). Como Dave Pooley explicó en un comunicado de prensa de NASA / Chandra:
Ilustración del agujero negro resultante causado por GW170817. Crédito de la imagen: NASA / CXC / M.Weiss
Si las estrellas de neutrones se fusionan para formar una estrella de neutrones más pesada, entonces los astrónomos esperarían que girara rápidamente y generara un campo magnético muy fuerte. Esto también habría creado una burbuja expandida de partículas de alta energía que daría lugar a emisiones brillantes de rayos X. Sin embargo, los datos de Chandra revelaron emisiones de rayos X que eran varios cientos de veces más bajas de lo esperado de una estrella de neutrones masiva que giraba rápidamente.
Al comparar las observaciones de Chandra con las de Karl G. Jansky Very Large Array (VLA) de la NSF, Pooley y su equipo también pudieron deducir que la emisión de rayos X se debió enteramente a la onda de choque causada por la fusión que se estrelló contra los alrededores gas. En resumen, no hubo señales de rayos X como resultado de una estrella de neutrones.
Esto implica fuertemente que el objeto resultante fue de hecho un agujero negro. Si se confirma, estos resultados indicarían que el proceso de formación de un agujero negro a veces puede ser complicado. Esencialmente, GW170817 hubiera sido el resultado de dos estrellas que sufrieron una explosión de supernova que dejó atrás a dos estrellas de neutrones en una órbita suficientemente ajustada que eventualmente se unieron. Como Pawan Kumar explicó :
Vista simulada de un agujero negro. Crédito: Bronzwaer / Davelaar / Moscibrodzka / Falcke, Universidad de Radboud
Mirando hacia el futuro, las afirmaciones presentadas por Pooley y sus colegas podrían ser probadas por futuras radiografías y observaciones de radio. Los instrumentos de la próxima generación, como el Square Kilometre Array (SKA) actualmente en construcción en Sudáfrica y Australia, y el Telescopio Avanzado de la ESA para la Astrofísica de Alta Energía: Advanced Telescope for High-ENergy Astrophysics (Athena +) serían especialmente útiles en este sentido.
Si el remanente resulta ser una estrella de neutrones masiva con un fuerte campo magnético después de todo, la fuente debería ser mucho más brillante en los rayos X y las longitudes de onda de radio en los próximos años cuando la burbuja de alta energía alcance el shock de desaceleración ola. A medida que la onda de choque se debilita, los astrónomos esperan que continúe siendo más débil de lo que era cuando se observó recientemente.
De todos modos, las observaciones futuras de GW170817 están destinadas a proporcionar una gran cantidad de información, de acuerdo con J. Craig Wheeler, un coautor del estudio también de la Universidad de Texas. "GW170817 es el evento astronómico que sigue dando", dijo. "Estamos aprendiendo mucho sobre la astrofísica de los objetos más densos de este evento".
Si estas observaciones de seguimiento descubren que una estrella de neutrones pesados es lo que resultó de la fusión, este descubrimiento desafiaría las teorías sobre la estructura de las estrellas de neutrones y lo masivas que pueden llegar a ser. Por otro lado, si descubren que se formó un pequeño agujero negro, desafiará las nociones de los astrónomos sobre los límites inferiores de masa de los agujeros negros. Para los astrofísicos, es básicamente un escenario de ganar-ganar.
Como coautor Bruce Grossan de la Universidad de California en Berkeley agregó:
De hecho, mirando más hacia el cosmos y más atrás en el tiempo ha revelado mucho sobre el Universo que antes era desconocido. Y con instrumentos mejorados que se desarrollan con el único propósito de estudiar los fenómenos astronómicos en mayor detalle y a distancias aún mayores, parece que no hay límite para lo que podríamos aprender. Y asegúrese de ver este video de la fusión GW170817, cortesía del Observatorio de rayos X Chandra:
Matt Williams es el Curador de la Guía del Universo de hoy en día. Él es también un escritor independiente, un autor de ciencia ficción y un instructor de Taekwon-Do. Vive con su familia en la isla de Vancouver en la hermosa Columbia Británica.
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Universe Today
Ilustración del artista de dos estrellas de neutrones fusionadas. Los haces estrechos representan la ráfaga de rayos gamma mientras que la cuadrícula de espacio-tiempo ondulante indica las ondas gravitacionales isótropas que caracterizan la fusión. Las nubes de material que salen de las estrellas fusionadas son una posible fuente de luz que se ve a energías más bajas. Crédito de la imagen: National Science Foundation / LIGO / Sonoma State University / A. Simonnet
Por Matt Williams, para Universe Today Junio 5 de 2018
En agosto de 2017, se produjo otro gran avance cuando el interferómetro láser de ondas gravitatorias (LIGO: Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory) detectó ondas que se cree que fueron causadas por una fusión de estrellas de neutrones. Poco después, los científicos de LIGO, Advanced Virgo y Fermi Gamma-ray Space Telescope pudieron determinar en qué lugar del cielo se produjo este evento (conocido como kilonova).
Esta fuente, conocida como GW170817 / GRB, ha sido el objetivo de muchas encuestas de seguimiento ya que se creía que la fusión podría haber llevado a la formación de un agujero negro. Según un nuevo estudio de un equipo que analizó datos del Observatorio de Rayos X Chandra de la NASA desde el evento, los científicos ahora pueden decir con mayor confianza que la fusión creó un nuevo agujero negro en nuestra galaxia.
El estudio, titulado “ GW170817 Most Likely Made a Black Hole“,: "GW170817 Lo más probable se hizo un agujero negro ", apareció recientemente en The Astrophysical Journal Letters. El estudio fue dirigido por David Pooley, profesor asistente de física y astronomía en la Universidad de Trinity, San Antonio, e incluyó miembros de la Universidad de Texas en Austin, la Universidad de California, Berkeley, y el Laboratorio de Cosmos Energético de la Universidad Nazarbayev en Kazajstán.
Ilustración de la fusión kilonova (arriba) y el objeto resultante (izquierda y derecha) a lo largo del tiempo. Crédito: NASA / CXC / Trinity University / D. Pooley et al. Ilustración: NASA / CXC / M.Weiss
Por el bien de su estudio, el equipo analizó los datos de rayos X de Chandra tomados en los días, semanas y meses posteriores a la detección de ondas gravitatorias por LIGO y rayos gamma por la misión Fermi de la NASA. Si bien casi todos los telescopios del mundo han observado la fuente, los datos de rayos X fueron fundamentales para comprender qué sucedió después de que colisionaron las dos estrellas de neutrones.
Mientras que una observación de Chandra dos o tres días después del evento no detectó una fuente de rayos X, las observaciones posteriores tomadas 9, 15 y 16 días después del evento dieron como resultado detecciones. La fuente desapareció por un tiempo cuando GW170817 pasó detrás del Sol, pero se realizaron observaciones adicionales alrededor de 110 y 160 días después del evento, que mostraron un brillo significativo.
Si bien los datos de LIGO proporcionaron a los astrónomos una buena estimación de la masa del objeto resultante después de que las estrellas de neutrones se fusionaron (2.7 masas solares), esto no fue suficiente para determinar en qué se había convertido. Esencialmente, esta cantidad de masa significaba que era la estrella de neutrones más masiva jamás encontrada o el agujero negro de menor masa encontrado (los poseedores del registro anterior eran cuatro o cinco masas solares). Como Dave Pooley explicó en un comunicado de prensa de NASA / Chandra:
"Si bien las estrellas de neutrones y los agujeros negros son misteriosos, hemos estudiado muchos de ellos en todo el Universo usando telescopios como Chandra. Eso significa que tenemos datos y teorías sobre cómo esperamos que dichos objetos se comporten en los rayos X ".
Ilustración del agujero negro resultante causado por GW170817. Crédito de la imagen: NASA / CXC / M.Weiss
Si las estrellas de neutrones se fusionan para formar una estrella de neutrones más pesada, entonces los astrónomos esperarían que girara rápidamente y generara un campo magnético muy fuerte. Esto también habría creado una burbuja expandida de partículas de alta energía que daría lugar a emisiones brillantes de rayos X. Sin embargo, los datos de Chandra revelaron emisiones de rayos X que eran varios cientos de veces más bajas de lo esperado de una estrella de neutrones masiva que giraba rápidamente.
Al comparar las observaciones de Chandra con las de Karl G. Jansky Very Large Array (VLA) de la NSF, Pooley y su equipo también pudieron deducir que la emisión de rayos X se debió enteramente a la onda de choque causada por la fusión que se estrelló contra los alrededores gas. En resumen, no hubo señales de rayos X como resultado de una estrella de neutrones.
Esto implica fuertemente que el objeto resultante fue de hecho un agujero negro. Si se confirma, estos resultados indicarían que el proceso de formación de un agujero negro a veces puede ser complicado. Esencialmente, GW170817 hubiera sido el resultado de dos estrellas que sufrieron una explosión de supernova que dejó atrás a dos estrellas de neutrones en una órbita suficientemente ajustada que eventualmente se unieron. Como Pawan Kumar explicó :
"Es posible que hayamos respondido una de las preguntas más básicas sobre este evento deslumbrante: ¿qué fue lo que hizo? Los astrónomos han sospechado durante mucho tiempo que las fusiones de estrellas de neutrones formarían un agujero negro y producirían ráfagas de radiación, pero hasta ahora carecíamos de una buena base para ello ".
Vista simulada de un agujero negro. Crédito: Bronzwaer / Davelaar / Moscibrodzka / Falcke, Universidad de Radboud
Mirando hacia el futuro, las afirmaciones presentadas por Pooley y sus colegas podrían ser probadas por futuras radiografías y observaciones de radio. Los instrumentos de la próxima generación, como el Square Kilometre Array (SKA) actualmente en construcción en Sudáfrica y Australia, y el Telescopio Avanzado de la ESA para la Astrofísica de Alta Energía: Advanced Telescope for High-ENergy Astrophysics (Athena +) serían especialmente útiles en este sentido.
Si el remanente resulta ser una estrella de neutrones masiva con un fuerte campo magnético después de todo, la fuente debería ser mucho más brillante en los rayos X y las longitudes de onda de radio en los próximos años cuando la burbuja de alta energía alcance el shock de desaceleración ola. A medida que la onda de choque se debilita, los astrónomos esperan que continúe siendo más débil de lo que era cuando se observó recientemente.
De todos modos, las observaciones futuras de GW170817 están destinadas a proporcionar una gran cantidad de información, de acuerdo con J. Craig Wheeler, un coautor del estudio también de la Universidad de Texas. "GW170817 es el evento astronómico que sigue dando", dijo. "Estamos aprendiendo mucho sobre la astrofísica de los objetos más densos de este evento".
Si estas observaciones de seguimiento descubren que una estrella de neutrones pesados es lo que resultó de la fusión, este descubrimiento desafiaría las teorías sobre la estructura de las estrellas de neutrones y lo masivas que pueden llegar a ser. Por otro lado, si descubren que se formó un pequeño agujero negro, desafiará las nociones de los astrónomos sobre los límites inferiores de masa de los agujeros negros. Para los astrofísicos, es básicamente un escenario de ganar-ganar.
Como coautor Bruce Grossan de la Universidad de California en Berkeley agregó:
"Al comienzo de mi carrera, los astrónomos solo podían observar estrellas de neutrones y agujeros negros en nuestra propia galaxia, y ahora estamos observando estas estrellas exóticas en todo el cosmos. Qué tiempo tan emocionante para estar vivo, ver instrumentos como LIGO y Chandra mostrándonos tantas cosas emocionantes que la naturaleza tiene para ofrecer ".
De hecho, mirando más hacia el cosmos y más atrás en el tiempo ha revelado mucho sobre el Universo que antes era desconocido. Y con instrumentos mejorados que se desarrollan con el único propósito de estudiar los fenómenos astronómicos en mayor detalle y a distancias aún mayores, parece que no hay límite para lo que podríamos aprender. Y asegúrese de ver este video de la fusión GW170817, cortesía del Observatorio de rayos X Chandra:
Matt Williams es el Curador de la Guía del Universo de hoy en día. Él es también un escritor independiente, un autor de ciencia ficción y un instructor de Taekwon-Do. Vive con su familia en la isla de Vancouver en la hermosa Columbia Británica.
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