Ondas gravitacionales, y más, de la fusión de estrellas de neutrones

Muchos observatorios anunciaron simultáneamente dos novedades espectaculares el lunes (16 de octubre de 2017). Una es que el Observatorio de ondas gravitacionales con interferómetro láser con sede en EE. UU. (LIGO) y el detector Virgo con sede en Europa ahora han detectado ondas gravitacionales por la colisión de dos estrellas de neutrones; anteriormente, habían visto ondas gravitacionales solo de colisiones de agujeros negros. El otro es que unos 70 observatorios terrestres y espaciales también observaron el evento, además de que se vio en luz óptica dentro de las 11 horas posteriores a la detección de la onda gravitacional. Muchos científicos elogian este descubrimiento como el comienzo de:

... una nueva era en astronomía.

Pero los astrónomos reclaman periódicamente el comienzo de una nueva era ... ¿por qué? Es porque cada vez que vemos el universo de una manera nueva o diferente, obtenemos ideas completamente nuevas. David Shoemaker, portavoz de LIGO Scientific Collaboration y científico investigador principal del Instituto Kavli de Astrofísica e Investigación Espacial del MIT, dijo:

Desde informar modelos detallados del funcionamiento interno de las estrellas de neutrones y las emisiones que producen, hasta física más fundamental como la relatividad general, este evento es tan rico. Es un regalo que seguirá dando.

Las estrellas de neutrones son las más pequeñas y densas que se sabe que existen, se cree que se forman cuando las estrellas masivas explotan en supernovas. La explosión de supernova que creó el evento de onda gravitacional observado por estos científicos ocurrió hace más de 100 millones de años, pero fue vista desde la Tierra el 17 de agosto.

La señal gravitacional, llamada GW170817, fue detectada el 17 de agosto a las 8:41 am EDT por los dos detectores LIGO idénticos, ubicados en Hanford, Washington y Livingston, Louisiana. La información proporcionada por el tercer detector, Virgo, situado cerca de Pisa, Italia, permitió una mejora en la localización del evento cósmico, dijeron estos científicos.

Las ondas gravitacionales fueron detectables durante aproximadamente 100 segundos.

Casi al mismo tiempo, el monitor de explosión de rayos gamma del telescopio espacial Fermi Gamma-ray Space Telescope de la NASA había detectado una explosión de rayos gamma. El análisis mostró que esta detección era muy poco probable que fuera una coincidencia. La detección rápida de ondas gravitacionales por parte del equipo LIGO-Virgo, junto con la detección de rayos gamma de Fermi, provocó una gran cantidad de observaciones de seguimiento con telescopios dentro y fuera de la Tierra.

Por ejemplo, muchos grandes equipos de astrónomos de todo el mundo comenzaron a trabajar febrilmente para encontrar el evento en la cúpula del cielo, utilizando telescopios ópticos. Al final resultó que, un pequeño y joven grupo de investigadores de la Carnegie Institution y UC Santa Cruz hizo el primer descubrimiento óptico de la supernova que generó la fusión de la estrella de neutrones, menos de 11 horas después de que se detectó a través de ondas gravitacionales y rayos gamma. Los astrónomos también obtuvieron los primeros espectros de la colisión, lo que puede permitirles explicar cuántos elementos pesados ​​del universo se crearon, una pregunta de décadas de antigüedad para los astrofísicos.

Desde entonces han etiquetado la supernova que explotó, y causó la fusión de la estrella de neutrones, como SSS17a.

Swope Supernova Survey 2017a (o SSS17a) es el componente óptico del descubrimiento de ondas gravitacionales. El trabajo en la óptica se publica en un cuarteto de artículos en la revista Science.

La becaria de Carnegie-Dunlap, Maria Drout, quien ayudó a guiar el descubrimiento óptico, dijo:

Sabíamos que solo teníamos aproximadamente una hora al comienzo de la noche para encontrar la fuente antes de que se estableciera. Entonces tuvimos que actuar rápido.

Josh Simon, otro de los líderes del equipo de Carnegie en el descubrimiento óptico, dijo:

Vimos una fuente de luz azul brillante en una galaxia cercana, la primera vez que se observaron los restos brillantes de una fusión de estrellas de neutrones. Definitivamente fue un momento emocionante.

Debido a que fueron los primeros en encontrar el componente óptico del evento de onda gravitacional, los astrónomos de Carnegie tuvieron tiempo para observaciones adicionales. Rápidamente instalaron espectrógrafos en los dos telescopios Magellan del observatorio para obtener varios espectros de la fusión. Ningún otro observatorio en el mundo hizo observaciones comparables durante esa primera noche. Puede tener una mejor idea de la historia de estos astrónomos, contada en el siguiente video:

NSF explicó más sobre el descubrimiento en términos de ondas gravitacionales:

Los datos de LIGO indicaron que dos objetos astrofísicos ubicados a una distancia relativamente cercana de aproximadamente 130 millones de años luz de la Tierra habían estado girando en espiral el uno hacia el otro. Parecía que los objetos no eran tan masivos como los agujeros negros binarios, objetos que LIGO y Virgo han detectado previamente. En cambio, se estimó que los objetos estaban en un rango de alrededor de 1.1 a 1.6 veces la masa del sol, en el rango de masa de las estrellas de neutrones. Una estrella de neutrones tiene unos 20 kilómetros, o 12 millas, de diámetro y es tan densa que una cucharadita de material de estrellas de neutrones tiene una masa de aproximadamente mil millones de toneladas.

Mientras que los agujeros negros binarios producen 'chirridos' que duran una fracción de segundo en la banda sensible del detecto LIGO, el chirrido del 17 de agosto duró aproximadamente 100 segundos y se vio en todo el rango de frecuencias de LIGO, aproximadamente el mismo rango que los instrumentos musicales comunes. Los científicos pudieron identificar la fuente del chirrido como objetos que eran mucho menos masivos que los agujeros negros vistos hasta la fecha.

Laura Cadonati, profesora de física en Georgia Tech y portavoz adjunta de la Colaboración Científica LIGO, agregó:

Esta detección realmente ha abierto las puertas a una nueva forma de hacer astrofísica. Espero que sea recordado como uno de los eventos astrofísicos más estudiados de la historia.

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Concepto del artista de la colisión explosiva de dos estrellas de neutrones. Ilustración de Robin Dienel cortesía de la Carnegie Institution for Science.

En pocas palabras: el lunes, LIGO y Virgo anunciaron la primera detección de ondas gravitacionales producidas por estrellas de neutrones en colisión, y la primera observada tanto en ondas gravitacionales como en luz. "Inicia una nueva era en astronomía".