Lo que significa el nuevo anuncio de física.
Galaxy NGC 4993, a unos 130 millones de años luz de la Tierra. Crédito de la imagen: (A.J. Levan, N.R. Tanvir / ESO)
Por Ben Guarino y Sarah Kaplan, para The Washington Post 16 de octubre de 2017
El lunes, los científicos anunciaron la primera observación de un evento cósmico que utiliza detectores de ondas gravitacionales y telescopios convencionales. Presenció una kilonova, una explosión violenta y brillante que ocurre cuando dos estrellas de neutrones colisionan.
El descubrimiento fue una tarea masiva. Miles de investigadores de diversos campos en física y astronomía desempeñaron papeles cruciales. Y hay mucha ciencia para entender. Aquí hay respuestas a preguntas básicas sobre las noticias de hoy:
Recuérdame, ¿qué son las ondas gravitacionales?
Las ondas gravitacionales son ondas en el espacio-tiempo causadas por eventos cósmicos. Viajan a la misma velocidad que la luz. Su existencia fue predicha por Albert Einstein como un subproducto de su teoría de la relatividad general.
Veamos, Einstein había descubierto que la gravedad era una consecuencia de la forma en que las masas se deforman el espacio-tiempo. Los objetos pesados se sientan en la tela del universo como bolas de boliche en un trampolín, curvando el espacio a su alrededor. Es por eso que las lunas orbitan planetas y planetas giran alrededor del sol, no porque estén unidos por una correa cósmica, sino porque el espacio-tiempo se curva alrededor del objeto más grande y quedan atrapados en el remolino.
Siguiendo con la metáfora del trampolín, las ondas gravitatorias son lo que podría suceder si aplastas dos bolas de bolos y las haces explotar. El cataclismo vibraría la tela del trampolín, enviando ondas hacia el borde. Cuando dos agujeros negros colisionan, o cuando las estrellas de neutrones se fusionan, las ondas gravitacionales del evento ondulan a través del universo.
La impresión de un artista de las ondas gravitacionales generadas por las estrellas de neutrones binarias. Crédito de la imagen: (R. Hurt / European Pressphoto Agency / Caltech-JPL)
¿Qué es una estrella de neutrones?
Las estrellas de neutrones se forman cuando una estrella mediana envejecida (unas cuatro a ocho veces más grande que el sol) va a la supernova. Es decir, a medida que las capas exteriores de la estrella son expulsadas, los restos colapsan sobre sí mismos, formando un núcleo pequeño y compactado tan denso que una cucharadita de materia pesaría mil millones de toneladas.
Las estrellas de neutrones que colisionaron para crear el kilonova observado por los astrónomos eran lo suficientemente pequeñas como para caber dentro de la circunvalación, pero cada una contenía tanta materia como el sol.
"Es lo más estrechamente vinculado que puede existir y existe en nuestro universo", dijo Andy Howell, astrónomo del Observatorio Las Cumbres de California y profesor de la Universidad de California en Santa Bárbara.
La intensa gravedad de una estrella de neutrones aplasta sus átomos, uniendo protones y electrones hasta que se combinan para formar neutrones: partículas subatómicas sin carga alguna.
¿Qué sucede durante una kilonova?
"Nova es una palabra antigua. Básicamente significa una nueva estrella ", dijo Michael Siegel, astrónomo de la Universidad Estatal de Penn que dirige el equipo de instrumentación ultravioleta del satélite Swift de la NASA. Hace mucho tiempo, los astrónomos observaron nuevos puntos de luz en el cielo nocturno y supusieron que habían presenciado el nacimiento de estrellas infantiles.
Pero nova es un nombre inapropiado. Estas novas no eran objetos completamente nuevos, sino que eran soles existentes que se encendían y escupían una luz brillante antes de morir.
Los científicos primero acuñaron el término kilonova hace aproximadamente una década, cuando calcularon que debería haber eventos aproximadamente 1000 veces más brillantes que la nova cósmica de variedad de jardín. También se llaman a veces "macronova" (un término, según la estimación de Howell, que suena "estúpido" ). "Somos tan recientes que no tenemos terminología terminada", dijo Howell.
Este kilonova estuvo a la altura de su homónimo de 1000 veces más fuerte. "Eso fue muy satisfactorio", dijo el astrofísico teórico de la Universidad de Columbia Brian D. Metzger, cuyo trabajo consiste en predecir las contrapartes electromagnéticas a las ondas gravitacionales.
Las colisiones de estrellas de neutrones disparan chorros de materia radiactiva al espacio. Sus tripas expulsadas salen en línea: Metzger dijo que era casi como romper la palma de su mano con un tubo lleno de pasta de dientes con agujeros en ambos extremos. "Mucha materia vendrá volando", dijo. Estos son materiales que el universo no genera de otra forma en masa. La fusión de estrellas de neutrones produjo el equivalente a 10.000 masas de tierra en oro y decenas de masas de tierra en uranio.
El cataclismo en la galaxia NGC 4993 sugiere que las fusiones de estrellas de neutrones son el proceso dominante por el cual el universo crea oro, platino y otros elementos, dijo Metzger. "Ha sido un misterio por algo así como 60 años".
Estas estrellas fueron probablemente soles gemelos en un sistema binario. Uno tras otro se convirtieron en cáscaras muertas. Se rodearon entre sí, sacudiendo las ondas gravitacionales, lo que a su vez los acercó más. Imagine dos grandes canicas rodando hacia el fondo de un embudo, hasta que se encuentren con una trampa catastrófica.
¿Cómo funcionan exactamente los detectores de ondas gravitacionales?
Hay tres detectores de ondas gravitacionales en funcionamiento en el planeta: uno en Louisiana, el estado de Washington y Italia, cerca de Pisa. Los sensores estadounidenses son tubos en forma de L, 2,5 millas de largo, con todo el aire aspirado. El detector Virgo en Italia tiene forma de V y también es un vacío similarmente largo.
Las instalaciones del detector emiten un rayo láser, que se divide y derriba cada tubo. Al final de cada tubo se encuentra un espejo. En condiciones normales, los láser golpean los espejos y regresan al detector al mismo tiempo. Pero si algo comba el tejido del espacio, los láser ya no se sincronizarán. La dificultad es detectar el retorno asíncrono: las ondas son insondablemente diminutas, mucho menos que el diámetro de un átomo.
Virgo, que entró en línea este verano, ayudó a los investigadores a enfocarse en la ubicación de la colisión. El científico de investigación del Instituto de Tecnología de Massachusetts, David Shoemaker, portavoz de la Colaboración Científica LIGO, describió los tres detectores como los pies de un trípode de cámara. Viaja por las piernas, y donde se encuentran es el objeto de interés cósmico, en este caso, la fusión de estrellas de neutrones.
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Galaxy NGC 4993, a unos 130 millones de años luz de la Tierra. Crédito de la imagen: (A.J. Levan, N.R. Tanvir / ESO)
Por Ben Guarino y Sarah Kaplan, para The Washington Post 16 de octubre de 2017
El lunes, los científicos anunciaron la primera observación de un evento cósmico que utiliza detectores de ondas gravitacionales y telescopios convencionales. Presenció una kilonova, una explosión violenta y brillante que ocurre cuando dos estrellas de neutrones colisionan.
El descubrimiento fue una tarea masiva. Miles de investigadores de diversos campos en física y astronomía desempeñaron papeles cruciales. Y hay mucha ciencia para entender. Aquí hay respuestas a preguntas básicas sobre las noticias de hoy:
Recuérdame, ¿qué son las ondas gravitacionales?
Las ondas gravitacionales son ondas en el espacio-tiempo causadas por eventos cósmicos. Viajan a la misma velocidad que la luz. Su existencia fue predicha por Albert Einstein como un subproducto de su teoría de la relatividad general.
Veamos, Einstein había descubierto que la gravedad era una consecuencia de la forma en que las masas se deforman el espacio-tiempo. Los objetos pesados se sientan en la tela del universo como bolas de boliche en un trampolín, curvando el espacio a su alrededor. Es por eso que las lunas orbitan planetas y planetas giran alrededor del sol, no porque estén unidos por una correa cósmica, sino porque el espacio-tiempo se curva alrededor del objeto más grande y quedan atrapados en el remolino.
Siguiendo con la metáfora del trampolín, las ondas gravitatorias son lo que podría suceder si aplastas dos bolas de bolos y las haces explotar. El cataclismo vibraría la tela del trampolín, enviando ondas hacia el borde. Cuando dos agujeros negros colisionan, o cuando las estrellas de neutrones se fusionan, las ondas gravitacionales del evento ondulan a través del universo.
La impresión de un artista de las ondas gravitacionales generadas por las estrellas de neutrones binarias. Crédito de la imagen: (R. Hurt / European Pressphoto Agency / Caltech-JPL)
¿Qué es una estrella de neutrones?
Las estrellas de neutrones se forman cuando una estrella mediana envejecida (unas cuatro a ocho veces más grande que el sol) va a la supernova. Es decir, a medida que las capas exteriores de la estrella son expulsadas, los restos colapsan sobre sí mismos, formando un núcleo pequeño y compactado tan denso que una cucharadita de materia pesaría mil millones de toneladas.
Las estrellas de neutrones que colisionaron para crear el kilonova observado por los astrónomos eran lo suficientemente pequeñas como para caber dentro de la circunvalación, pero cada una contenía tanta materia como el sol.
"Es lo más estrechamente vinculado que puede existir y existe en nuestro universo", dijo Andy Howell, astrónomo del Observatorio Las Cumbres de California y profesor de la Universidad de California en Santa Bárbara.
La intensa gravedad de una estrella de neutrones aplasta sus átomos, uniendo protones y electrones hasta que se combinan para formar neutrones: partículas subatómicas sin carga alguna.
¿Qué sucede durante una kilonova?
"Nova es una palabra antigua. Básicamente significa una nueva estrella ", dijo Michael Siegel, astrónomo de la Universidad Estatal de Penn que dirige el equipo de instrumentación ultravioleta del satélite Swift de la NASA. Hace mucho tiempo, los astrónomos observaron nuevos puntos de luz en el cielo nocturno y supusieron que habían presenciado el nacimiento de estrellas infantiles.
Pero nova es un nombre inapropiado. Estas novas no eran objetos completamente nuevos, sino que eran soles existentes que se encendían y escupían una luz brillante antes de morir.
Los científicos primero acuñaron el término kilonova hace aproximadamente una década, cuando calcularon que debería haber eventos aproximadamente 1000 veces más brillantes que la nova cósmica de variedad de jardín. También se llaman a veces "macronova" (un término, según la estimación de Howell, que suena "estúpido" ). "Somos tan recientes que no tenemos terminología terminada", dijo Howell.
Este kilonova estuvo a la altura de su homónimo de 1000 veces más fuerte. "Eso fue muy satisfactorio", dijo el astrofísico teórico de la Universidad de Columbia Brian D. Metzger, cuyo trabajo consiste en predecir las contrapartes electromagnéticas a las ondas gravitacionales.
Las colisiones de estrellas de neutrones disparan chorros de materia radiactiva al espacio. Sus tripas expulsadas salen en línea: Metzger dijo que era casi como romper la palma de su mano con un tubo lleno de pasta de dientes con agujeros en ambos extremos. "Mucha materia vendrá volando", dijo. Estos son materiales que el universo no genera de otra forma en masa. La fusión de estrellas de neutrones produjo el equivalente a 10.000 masas de tierra en oro y decenas de masas de tierra en uranio.
El cataclismo en la galaxia NGC 4993 sugiere que las fusiones de estrellas de neutrones son el proceso dominante por el cual el universo crea oro, platino y otros elementos, dijo Metzger. "Ha sido un misterio por algo así como 60 años".
Estas estrellas fueron probablemente soles gemelos en un sistema binario. Uno tras otro se convirtieron en cáscaras muertas. Se rodearon entre sí, sacudiendo las ondas gravitacionales, lo que a su vez los acercó más. Imagine dos grandes canicas rodando hacia el fondo de un embudo, hasta que se encuentren con una trampa catastrófica.
¿Cómo funcionan exactamente los detectores de ondas gravitacionales?
Hay tres detectores de ondas gravitacionales en funcionamiento en el planeta: uno en Louisiana, el estado de Washington y Italia, cerca de Pisa. Los sensores estadounidenses son tubos en forma de L, 2,5 millas de largo, con todo el aire aspirado. El detector Virgo en Italia tiene forma de V y también es un vacío similarmente largo.
Las instalaciones del detector emiten un rayo láser, que se divide y derriba cada tubo. Al final de cada tubo se encuentra un espejo. En condiciones normales, los láser golpean los espejos y regresan al detector al mismo tiempo. Pero si algo comba el tejido del espacio, los láser ya no se sincronizarán. La dificultad es detectar el retorno asíncrono: las ondas son insondablemente diminutas, mucho menos que el diámetro de un átomo.
Virgo, que entró en línea este verano, ayudó a los investigadores a enfocarse en la ubicación de la colisión. El científico de investigación del Instituto de Tecnología de Massachusetts, David Shoemaker, portavoz de la Colaboración Científica LIGO, describió los tres detectores como los pies de un trípode de cámara. Viaja por las piernas, y donde se encuentran es el objeto de interés cósmico, en este caso, la fusión de estrellas de neutrones.
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