Astrónomos han detectado por primera vez evidencia de un capullo de material de dos estrellas de neutrones fusionadas. Estos eventos pueden ser fuente de muchos de los elementos más pesados del cosmos.
Tres meses de observaciones desde el observatorio radioastronómico ‘Karl G. Jansky Very Large Array’ (VLA) de la Fundación Nacional de Ciencias de Estados Unidos han permitido a los astrónomos centrarse en la explicación más probable de qué sucedió después de la violenta colisión de un par de estrellas de neutrones en una galaxia a millones de años luz de la Tierra.
Lo que aprendieron significa que los astrónomos podrán ver y estudiar muchas más colisiones de este tipo.
El 17 de agosto de 2017, se combinaron los observatorios de ondas gravitacionales LIGO y VIRGO para localizar las débiles ondas en el espacio-tiempo causadas por la fusión de dos estrellas de neutrones superdensas.
Fue la primera detección confirmada de esa fusión y solo la quinta detección directa de ondas gravitacionales, predicha hace más de un siglo por Albert Einstein.
Las ondas gravitacionales fueron seguidas por estallidos de rayos gamma, rayos X y luz visible del evento. El VLA detectó las primeras ondas de radio procedentes del evento el 2 de septiembre. Esa fue la primera vez que se vio un objeto astronómico con ondas gravitacionales y ondas electromagnéticas.
El momento y la fuerza de la radiación electromagnética en diferentes longitudes de onda proporcionaron a los científicos pistas sobre la naturaleza de los fenómenos creados por la colisión inicial de la estrella de neutrones.
Antes del evento de agosto, los teóricos habían propuesto varias ideas –modelos teóricos– sobre estos fenómenos.
Como la primera colisión de ese tipo se identificó positivamente, el evento de agosto brindó la primera oportunidad de comparar las predicciones de los modelos con las observaciones reales.
Los astrónomos con VLA, junto con el ‘Australian Telescope Compact Array’ y el ‘Giant Metrewave Radio Telescope’, en India, observaron el objeto desde septiembre en adelante. Los radiotelescopios mostraron que la emisión de radio ganaba fuerza constantemente. En base a esto, los astrónomos identificaron el escenario más probable para las consecuencias de la fusión.
«El brillo gradual de la señal de radio indica que estamos viendo un gran angular de flujo de salida de material, viajando a velocidades comparables a la velocidad de la luz, a partir de la fusión de estrellas de neutrones», descrube Kunal Mooley, ahora en el Observatorio Nacional de Radioastronomía (NRAO, por sus siglas en inglés) como investigador postdoctoral propuesto por Caltech, en California, Estados Unidos.
RAYOS X ORIGINADOS DEL MISMO FLUJO QUE GENERA LAS ONDAS DE RADIO
Las mediciones observadas están ayudando a los astrónomos a descubrir la secuencia de eventos desencadenados por la colisión de las estrellas de neutrones. La fusión inicial de los dos objetos superdensos causó una explosión, llamada kilonova, que propulsó una capa esférica de escombros hacia afuera.
Las estrellas de neutrones colapsaron en un remanente, posiblemente un agujero negro, cuya poderosa gravedad comenzó a tirar del material hacia él. Ese material formó un disco de giro rápido que generó un par de chorros estrechos y superrápidos de material que fluía hacia afuera desde sus polos.
Si uno de los chorros apuntara directamente hacia la Tierra, habríamos visto un estallido de rayos gamma de corta duración, como muchos habían visto antes, según los científicos.
«Claramente, no fue ese el caso», afirma Mooley. Algunas de las primeras mediciones del evento de agosto sugirieron, en cambio, que uno de los chorros podría haber apuntado ligeramente lejos de la Tierra. Este modelo explicaría el hecho de que la emisión de radio y rayos X se observó solo un tiempo después de la colisión.
«Ese modelo simple –de un chorro sin estructura (un llamado jet de sombrero de copa) visto fuera del eje– haría que la emisión de radio y rayos X se debilitara lentamente. Mientras observamos el fortalecimiento de las emisiones de radio, nos dimos cuenta de que la explicación requería un modelo diferente», apunta Alessandra Corsi, de la ‘Texas Tech University’, en Estados Unidos.
Los astrónomos buscaron un modelo publicado en octubre por Mansi Kasliwal, de Caltech, y sus colegas, y desarrollado por Ore Gottlieb, de la Universidad de Tel Aviv, y sus colegas. En ese modelo, el chorro no sale de la esfera de escombros de explosión. En cambio, recoge el material circundante a medida que se mueve hacia afuera, produciendo un amplio «capullo» que absorbe la energía del chorro.
Los astrónomos estuvieron a favor de este escenario basándose en la información que obtuvieron al usar los radiotelescopios. Poco después de las observaciones iniciales del sitio de la fusión, el viaje anual de la Tierra alrededor del Sol colocó el objeto demasiado cerca del Sol en el cielo para observar con rayos X y telescopios de luz visible.
Durante semanas, los radiotelescopios fueron la única forma de continuar recopilando datos sobre el evento.
«Si las ondas de radio y los rayos X provienen de un capullo en expansión, nos dimos cuenta de que nuestras mediciones de radio significaban que, cuando el Observatorio de rayos X Chandra de la NASA pudiera observar una vez más, encontraría que los rayos X, como las ondas de radio, habían aumentado en fuerza».
Mooley y sus colegas publicaron un documento con sus medidas de radio, su escenario favorito para el evento, y esta predicción en Internet el 30 de noviembre. Chandra estaba programado para observar el objeto el 2 y 6 de diciembre.
«El 7 de diciembre, el Chandra se aproximó y la emisión de rayos X se iluminó tal como lo predijimos», señala Gregg Hallinan, de Caltech. «La concordancia entre los datos de radio y de rayos X sugiere que los rayos X se originan del mismo flujo de salida que está produciendo las ondas de radio».
«Fue muy emocionante ver nuestra predicción confirmada –reconoce Hallinan–. Una implicación importante del modelo de capullo es que deberíamos ser capaces de ver muchas más de estas colisiones al detectar sus electromagnéticas, no solo sus ondas gravitacionales». Mooley, Hallinan, Corsi y sus colegas informan de sus hallazgos en la revista científica ‘Nature’.
