Colisión de estrellas de neutrónes . . .

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Representación del artista de la fusión de estrellas de neutrones. Crédito de la ilustración: CXC / M. Weiss; Radiografía: NASA / CXC / Trinity University / D. Pooley et al.

Por George Dvorsky, para Gizmodo Junio 1 de 2018

El 17 de agosto de 2017, los astrónomos presenciaron un evento celestial extraordinario: una colisión entre dos estrellas de neutrones ultradensas . Los científicos nunca habían visto nada parecido, lo que llevó a mucha especulación sobre lo que sucedió a raíz del monumental encuentro. La nueva investigación ahora sugiere que la colisión produjo un agujero negro, pero si fuera cierto, sería el agujero negro más ligero conocido por la ciencia.

La idea de dos estrellas de neutrones estrellarse entre sí es nada menos que sorprendente. Las estrellas de neutrones son cadáveres estelares —los remanentes de supernovas— y acumulan una gran cantidad de masa en una esfera ridículamente pequeña. Las estrellas de neutrones típicas son tan anchas como una gran ciudad, pero son aproximadamente medio millón de veces más masivas que la Tierra, o aproximadamente dos masas solares.

Una colisión de dos estrellas de neutrones puede parecer poco probable, pero sucedió. Los datos del Observatorio de Ondas Gravitacionales del Interferómetro Láser (LIGO) y el interferómetro de Virgo mostraron que la mierda se volvió completamente salvaje en los momentos previos a la colosal explosión. Durante un período de unos dos minutos, el par binario se movió en espiral uno alrededor del otro a una velocidad inimaginable, arrojando ondas gravitacionales en el vacío cósmico. Cada órbita acercó al par, culminando en una colisión que produjo una onda de choque gigante.

Los astrónomos habían visto parejas de agujeros negros realizar la misma danza celestial , pero dos estrellas de neutrones que se unen eran completamente nuevas. El producto final de la fusión ha sido un misterio, pero una nueva investigación publicada esta semana en Astrophysical Journal Letters sugiere que la colisión generó un pequeño agujero negro.


Después de que dos estrellas sufrieran explosiones de supernova, dos estrellas de neutrones quedaron atrás. Una nueva investigación sugiere que la radiación de ondas gravitacionales los juntó hasta que se fusionaron y se colapsaron en un agujero negro. Crédito de la imagen: CXC / M. Weiss; Radiografía: NASA / CXC / Trinity University / D. Pooley et al.

Utilizando el Observatorio de Rayos X Chandra de la NASA, investigadores de la Universidad de Texas en Austin y de la Universidad de California en Berkeley intentaron comprender qué sucedió durante y después de la fusión. Los datos de LIGO sugirieron que el nuevo objeto, denominado GW170817, tenía una masa de aproximadamente 2.7 veces la de nuestro Sol. Es un hallazgo bastante curioso, porque no encaja en lo que sabemos de las estrellas de neutrones o los agujeros negros. Si se trata de una estrella de neutrones, GW170817 sería el objeto más masivo de su tipo conocido por la ciencia; las estrellas de neutrones más grandes conocidas tienen entre 2,3 y 2,4 masas solares ; estos objetos ya están probando los límites de la cantidad de material que se puede empaquetar en un espacio pequeño antes de colapsar en un agujero negro. Pero si se trata de un agujero negro, sería el agujero negro menos masivo que se haya detectado, ya que los agujeros negros más pequeños tienen entre cuatro y cinco masas solares.

Ahora aquí está lo bueno de las estrellas de neutrones: también son púlsares. Estos objetos de alta densidad que giran rápidamente generan potentes campos magnéticos y una burbuja de partículas de alta energía. En la Tierra, deberíamos ver esto como una firma de rayos X distintiva y fuerte. Usando Chandra, los autores del nuevo estudio midieron los rayos X provenientes de GW170817 en los días, semanas y meses posteriores a la fusión. Como muestra el nuevo estudio, las emisiones de rayos X de este objeto fueron mucho más bajas de lo que se esperaría de una estrella de neutrones súper masiva que gira rápidamente, varios cientos de veces más baja. De ahí la conclusión del estudio de que la fusión produjo un agujero negro, aunque muy pequeño.

"Es posible que hayamos respondido una de las preguntas más básicas sobre este deslumbrante evento: ¿qué fue lo que hizo?", Dijo Pawan Kumar, coautor del nuevo estudio y astrónomo de la Universidad de Texas en Austin, en un comunicado. "Los astrónomos han sospechado por mucho tiempo que las fusiones de estrellas de neutrones formarían un agujero negro ... pero hasta ahora carecíamos de argumentos sólidos".

Si se confirma, apunta a un proceso bastante complejo de formación de agujeros negros. En este caso, tenía que haber un par de explosiones de supernova, cuyos restos formaban estrellas de neutrones, que pasaban a estar lo suficientemente cerca para finalmente unirse. Pero esto no es tan extravagante como parece. Más del 80 por ciento de las estrellas masivas, como las estrellas tipo O y B, vienen en pares binarios. Y debido a que las estrellas suelen nacer juntas, a menudo mueren juntas, o al menos en cortos períodos de tiempo cosmológico. Por lo tanto, no debería sorprender que las estrellas de neutrones binarias sean una cosa, y que a veces se combinen para producir agujeros negros.

Si un agujero negro es realmente lo que es este objeto. El título del nuevo estudio, "GW170817 Most Likely Made a Black Hole", apunta a esa incertidumbre. De hecho, se requerirán observaciones de seguimiento para presentar un caso definitivo. Si GW170817 es un agujero negro, los astrónomos deberían esperar ver que las emisiones de rayos X se vuelven progresivamente más débiles. Si se trata de una estrella de neutrones, debería comenzar a hacerse más brillante tanto en rayos X como en longitudes de onda de radio, ya que su burbuja de partículas de alta energía alcanza la desaceleración de la onda de choque de rayos X. De cualquier manera, debemos saberlo en los próximos años.

De todos modos, será un resultado emocionante. La ciencia de las ondas gravitatorias realmente está cambiando lo que los astrónomos pueden ver.

"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", dijo el coautor Bruce Gossan de la Universidad de California en Berkeley. "Qué tiempo tan emocionante para estar vivo, ver instrumentos como LIGO y Chandra mostrándonos tantas cosas emocionantes que la naturaleza tiene para ofrecer".


( Astrophysical Journal Letters )

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