Las secuelas de GW170817: ¿Estrella de neutrones o agujero negro?

Cuando dos estrellas de neutrones se fusionaron en agosto del año pasado, lo que condujo a la primera detección simultánea de ondas gravitacionales y señales electromagnéticas, sabíamos que este evento arrojaría nueva luz sobre las fusiones de objetos compactos.

Un equipo de científicos dice que ahora tenemos una respuesta a uno de los mayores misterios de GW170817: después de que las estrellas de neutrones colisionaron, ¿qué objeto se formó?

Ilustración artística de la fusión de dos estrellas de neutrones. Un nuevo estudio sugiere que la fusión de la estrella de neutrones detectada en agosto de 2017 podría haber producido un agujero negro.
NASA / CXC / M.Weiss

Una división difusa

Ilustración artística del agujero negro que resultó de GW170817. Parte del material que se acumula en el agujero negro se arroja en un chorro fuertemente colimado.
NASA / CXC / M.Weiss

Basado en observaciones de ondas gravitacionales, sabemos que dos estrellas de neutrones de aproximadamente 1.48 y 1.26 masas solares se fusionaron en GW170817. Pero el resultado un objeto de ~ 2.7 masas solares no tiene una identidad definitiva; El remanente formado en la fusión es la estrella de neutrones más masiva conocida o el agujero negro menos masivo conocido.

La división de masa teórica entre las estrellas de neutrones y los agujeros negros es difusa, dependiendo en gran medida del modelo que utilice para describir la física de estos objetos. Las observaciones también se quedan cortas: la estrella de neutrones más masiva conocida es quizás 2.3 masas solares, y el agujero negro menos masivo es quizás 4 o 5, dejando la ubicación de la línea divisoria poco clara. Por esta razón, determinar la naturaleza del remanente de GW170817 es un objetivo importante a medida que analizamos las observaciones pasadas del remanente y continuamos haciendo nuevas.

Imágenes de Chandra del campo de GW170817 durante tres épocas separadas. Cada imagen es 30 x 30 .
Adaptado de Pooley et al. 2018

¡Por suerte, puede que no tengamos que esperar mucho! Dirigido por David Pooley (Trinity University y Eureka Scientific, Inc.), un equipo de científicos ha obtenido nuevas observaciones de rayos X de Chandra del remanente de GW170817. Al combinar estos nuevos datos con observaciones previas, los autores han sacado conclusiones sobre qué objeto quedó después de esta fatídica fusión.

Los rayos X brindan respuestas

La radiación de rayos X se genera en una fusión de dos estrellas de neutrones cuando la onda de choque de la fusión se expande y golpea en el medio interestelar circundante. La detección de rayos X más temprana de GW170817 alrededor de 9 días después de la fusión probablemente indicó el momento en que comenzó esa interacción. La emisión de rayos X de GW170817 continuó creciendo durante los primeros ~ 100 días posteriores a la fusión, esperados a medida que el choque continúa expandiéndose.

Sin embargo, si la fusión hubiera producido una estrella de neutrones, debería haber una fuente adicional de radiación de rayos X además del choque: la propia estrella de neutrones. Esta emisión debería, por ahora, haber comenzado a dominar sobre la emisión del choque de propagación. En cambio, Pooley y sus colaboradores encuentran que el flujo de rayos X observado de GW170817 no alcanza lo que se necesita para justificar la presencia de una estrella de neutrones giratoria altamente magnetizada. Por esta razón, los autores concluyen que GW170817 probablemente produjo un agujero negro.

Confirmación futura

¿Como podemos estar seguros? Pooley y sus colaboradores señalan que podemos confirmar esta teoría simplemente observando GW170817 por otro año. Alrededor de este tiempo, la energía liberada por el giro de una estrella de neutrones central alcanzaría el frente de choque de desaceleración, causando un brillo dramático en el flujo de rayos X de GW170817.

Si no vemos este brillo, los autores argumentan que podemos concluir con certeza que el remanente de GW170817 es un agujero negro. De cualquier manera, las observaciones continuas de este remanente seguramente proporcionarán una gran cantidad de información sobre la física de las fusiones, los choques y las salidas que podemos esperar extraer en los próximos años.

Citación

David Pooley et al 2018 ApJL 859 L23. doi: 10.3847 / 2041-8213 / aac3d6


Esta publicación apareció originalmente en AAS Nova, que presenta aspectos destacados de investigaciones de las revistas de la American Astronomical Society.