Los científicos han detectado la débil señal de la onda gravitacional de dos estrellas de neutrones que chocan, y los telescopios espaciales han medido el destello de los rayos gamma que brotan de la violenta fusión. Esta es la primera vez que se han observado ondas gravitacionales y radiación electromagnética que emanan del mismo evento cósmico. También es la primera vez que registramos las ondas gravitacionales de una fusión de estrellas de neutrones.
Hasta ahora, los observatorios de ondas gravitacionales solo han detectado fusiones de agujeros negros. El Observatorio de ondas gravitacionales con interferómetro láser (Advanced LIGO), que gestiona dos estaciones de detección en Washington y Luisiana, hizo historia en 2015 al hacer la primera detección de ondas gravitacionales ondulando a través del espacio-tiempo, una predicción teórica clave de la relatividad general de Einstein.
Desde ese descubrimiento histórico, se han confirmado tres fusiones de agujeros negros más. El evento de fusión de agujeros negros más reciente se registró el 14 de agosto, y vio al detector Advanced Virgo (ubicado cerca de Pisa en Italia) unirse a LIGO para realizar la medición más precisa de la rotura de un agujero negro hasta ahora.
Apenas tres días después, el 17 de agosto, LIGO y Virgo detectaron otra señal. Esta vez provenía de dos estrellas de neutrones en colisión, lo que demuestra que los agujeros negros no son los únicos eventos que generan ondas gravitacionales. Una colaboración internacional de 70 telescopios terrestres y espaciales sobrealimentaron el descubrimiento al capturar el estallido de rayos gamma y el resplandor de la colisión de estrellas de neutrones que ocurrió a 130 millones de años luz de distancia en una galaxia llamada NGC 4993.
El lunes 16 de octubre, se publicó el estudio LIGO / Virgo en la revista Physical Review Letters.
"Esta detección abre la ventana de una astronomía de 'multi-mensajero' tan esperada", dijo David H. Reitze, director ejecutivo del Laboratorio LIGO, en un comunicado .
"Es la primera vez que observamos un evento astrofísico cataclísmico tanto en ondas gravitacionales como en ondas electromagnéticas, nuestros mensajeros cósmicos. La astronomía de ondas gravitacionales ofrece nuevas oportunidades para comprender las propiedades de las estrellas de neutrones en formas que simplemente no se pueden lograr con sólo la astronomía electromagnética ", añadió.
El Universo Oscuro
A menos que estén rodeados de gas caliente, las fusiones de agujeros negros no necesariamente producen radiación electromagnética (como luz, rayos X e infrarrojos), por lo que, aunque pueden ser los eventos más energéticos de nuestro universo, no serán detectados. por telescopios convencionales. Sin embargo, con las ondas gravitacionales, los científicos han abierto una nueva ventana al cosmos "oscuro", dándonos la capacidad de "ver" las ondas del espacio-tiempo que producen estos poderosos eventos. Los detectores de ondas gravitacionales utilizan láseres ultraprecisos que se disparan a lo largo de túneles en forma de "L" de kilómetros de largo para medir la ligera deformación del espacio-tiempo que causan las ondas gravitacionales al pasar por nuestro planeta.
Detectar ondas gravitacionales es una cosa, pero el pináculo de cualquier estudio astronómico es tener múltiples observatorios que vean el mismo evento en múltiples frecuencias. Y ahora, por primera vez, las ondas gravitacionales y las ondas electromagnéticas del mismo evento astrofísico se han registrado para revelar una cantidad asombrosa de información sobre la colisión de estrellas de neutrones.
"Esta detección realmente ha abierto las puertas a una nueva forma de hacer astrofísica", dijo Laura Cadonati, portavoz adjunta de LIGO Scientific Collaboration, en el comunicado . "Espero que sea recordado como uno de los eventos astrofísicos más estudiados de la historia".
Las estrellas de neutrones también bailan
A través del análisis de las señales de LIGO y Virgo, los investigadores pudieron descifrar que dos objetos masivos, entre 1,1 y 1,6 veces la masa de nuestro sol, habían quedado atrapados en una órbita binaria y se formaron en espiral entre sí, creando un "chirrido" revelador de 100 segundos. - un rápido aumento de la frecuencia de las ondas gravitacionales que es típico de una fusión.
Después de los agujeros negros, las estrellas de neutrones son los objetos más densos del universo. Midiendo el tamaño aproximado de una ciudad, estos objetos pueden ser más masivos que nuestro sol. De hecho, el material de las estrellas de neutrones es tan denso que una cucharadita tendrá una masa de mil millones de toneladas . Son restos de estrellas masivas que explotaron como supernovas, por lo que también poseen poderosos campos magnéticos y pueden girar rápidamente, a veces generando poderosas explosiones de radiación desde sus polos, conocidos como púlsares.
Cuando se detectó esta señal de onda gravitacional, llamada GW170817, los científicos de LIGO y Virgo supieron que no se trataba de "otra" fusión de agujeros negros; estos objetos eran demasiado pequeños para ser agujeros negros y estaban dentro del rango de masa de estrellas de neutrones.
"Inmediatamente nos pareció que la fuente probablemente serían estrellas de neutrones, la otra fuente codiciada que esperábamos ver, y que prometía el mundo que veríamos", dijo David Shoemaker, portavoz de LIGO Scientific Collaboration, en un comunicado . "Desde informar modelos detallados del funcionamiento interno de las estrellas de neutrones y las emisiones que producen, hasta la física más fundamental como la relatividad general, este evento es tan rico. Es un regalo que seguirá dando".
El monitor de ráfagas de rayos gamma del telescopio espacial Fermi de la NASA también detectó una ráfaga de rayos gamma desde la ubicación de la fuente de ondas gravitacionales. La señal de la onda gravitacional y los rayos gamma golpean la Tierra aproximadamente al mismo tiempo, lo que confirma la teoría de Einstein de que las ondas gravitacionales viajan a la velocidad de la luz .
Además, tan pronto como Fermi detectó los rayos gamma, el observatorio espacial europeo de rayos gamma INTEGRAL estudió la señal, confirmando que este evento fue un breve estallido de rayos gamma.
"Durante décadas hemos sospechado que las explosiones cortas de rayos gamma fueron impulsadas por fusiones de estrellas de neutrones", dijo Julie McEnery, científica del proyecto Fermi en Goddard Space Flight Center, en un comunicado . "Ahora, con los increíbles datos de LIGO y Virgo para este evento, tenemos la respuesta. Las ondas gravitacionales nos dicen que los objetos fusionados tenían masas consistentes con las estrellas de neutrones, y el destello de rayos gamma nos dice que es poco probable que los objetos ser agujeros negros, ya que no se espera que una colisión de agujeros negros emita luz ".
Kilonova Gold y un misterio
Teóricamente, cuando dos estrellas de neutrones chocan, el evento genera una explosión conocida como "kilonova", una bola de fuego intensa que expulsa material sobrecalentado desde el punto de impacto hacia el espacio circundante.
Los astrónomos sospechan que las kilonovas crean los elementos más pesados que se encuentran en todo nuestro universo, incluidos el oro y el plomo, por lo que en nuestra búsqueda para comprender cómo se siembran estos elementos en todo el universo, los astrónomos han descubierto (literalmente) una mina de oro científica.
El Observatorio Gemini de EE. UU., El Telescopio Muy Grande Europeo y el Telescopio Espacial Hubble han estudiado las consecuencias de la fusión de estrellas de neutrones y ya están informando observaciones de material recién creado que contiene las firmas de oro y platino. Por lo tanto, este es un evento muy importante que proporciona evidencia de cómo se sintetizan los elementos pesados en las galaxias.
Este evento ha proporcionado evidencia de observación de una variedad de teorías, desde probar que las estrellas de neutrones chocan, de hecho, hasta resaltar de dónde provienen los metales preciosos en nuestro universo.
Pero GW170817 también ha creado su propio misterio.
La fusión de estrellas de neutrones ocurrió en una galaxia a solo 130 millones de años luz de distancia (las fusiones de agujeros negros detectadas anteriormente ocurrieron a miles de millones de años luz de distancia), sin embargo, la señal recibida por LIGO y Virgo fue mucho más débil de lo previsto. Los científicos no están seguros de por qué, pero este es solo el comienzo de nuestra odisea de ondas gravitacionales, por lo que podemos esperar muchos más misterios y descubrimientos a medida que se sigan detectando ondas de eventos energéticos.
Ahora que es útil
La red de ondas gravitacionales se fortalecerá aún más una vez que los observatorios en Japón e India se conecten en los próximos años, con lo que el total asciende a cinco.
