Nueva era para la observación del Universo

  • Por primera vez se observa un objeto en luz y ondas gravitatorias: la fusión de dos estrellas de neutrones

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Nueva era para la observación del Universo

Tras siglos estudiando el universo en ondas electromagnéticas -lo que llamamos luz-, la detección en 2015 de ondas gravitatorias abrió una nueva ventana al cosmos. El origen de esta nueva emisión se hallaba en la fusión de dos agujeros negros, objetos que no emiten luz y solo pueden estudiarse a través de su influencia gravitatoria. Ahora, un estudio internacional ha permitido, por primera vez, observar un objeto en luz y ondas gravitatorias: una fusión de dos estrellas de neutrones que ha inaugurado una nueva era en la observación del universo.

El 17 de agosto a las 12:41:04, el instrumento LIGO detectaba el evento transitorio de ondas gravitatorias GW170817, el quinto de la historia. Dos segundos después, los satélites Fermi e INTEGRAL detectaban una explosión de rayos gamma (un GRB, de su nombre inglés), que grupos de investigación de todo el mundo comenzaron a investigar, entre ellos tres del Instituto de Astrofísica de Andalucía (IAA-CSIC). Como resultado, esta semana se publican numerosos artículos que aportan una completa visión del fenómeno, ocurrido en la galaxia NGC 4993, a unos ciento treinta millones de años luz.

"Tras la detección de la luz óp tica con el telescopio robótico Javier Gorosabel en la estación española BOOTES-5 (México) participamos en una campaña de observación que nos permitió estudiar el fenómeno durante quince días cubriendo desde el ultravioleta hasta el infrarrojo cercano", apunta Alberto Castro-Tirado, investigador principal del grupo ARAE (Astrofísica robótica y altas energías) del Instituto de Astrofísica de Andalucía (IAA-CSIC) que participa en tres artículos sobre el evento.

Así pudo identificarse la kilonova asociada con la fuente emisora de ondas gravitacionales en la galaxia NGC 4993, y cuyo origen se halla en la fusión de dos estrellas de neutrones".

Las estrellas de neutrones son objetos muy compactos y de rápida rotación que surgen cuando una estrella muy masiva expulsa su envoltura en una explosión de supernova. "Hace casi tres décadas se predijo que una fusión de dos estrellas de neutrones produciría un estallido corto de rayos gamma (GRB), ondas gravitatorias y una kilonova, un fenómeno similar a una supernova pero cuya energía procede en parte del decaimiento de especies radiactivas. Gracias a los estudios de GW170817 ha podido confirmarse este escenario", señala Christina Thöne, co-investigadora principal del grupo HETH (Fenómenos Transitorios de Alta Energía y su Entorno) del IAA-CSIC que participa en seis artículos sobre GW170817.

Este fenómeno ha permitido, además, establecer una relación clara entre la fusión de estrellas de neutrones y la producción de elementos químicos. Prácticamente todos los elementos químicos que conocemos tienen un origen astronómico y se produjeron bien en etapas muy próximas al big bang, en las que se formaron el hidrógeno y el helio, o bien en las estrellas, tanto a través de la f usión de elementos en el núcleo (que producen carbono, nitrógeno o hierro) como a través eventos explosivos (en los que se generan el plomo o el cobre).

Sin embargo, existen discrepancias sobre lo que se conoce como proceso-r (o proceso rápido), que tiene lugar en eventos estelares explosivos y es responsable de la producción de la mitad de los elementos más pesados que el hierro, entre ellos el uranio y el plutonio. Aunque en un principio se pensaba que eran las supernovas la fuente de estos elementos, los últimos estudios favorecían las fusiones de estrellas de neutrones como principales productoras de los elementos más pesados.

"Hemos observado lo que podría considerarse el testimonio de dos estrellas que, posiblemente, murieron hace unos diez mil millones de años, pero que nos ha permitido estudiar los elementos pesados que se forman en estos entornos y confirmar que la fusión de estrellas de neutrones constituye una de las fuentes de los elementos del proceso-r", apunta la investigadora.

El hallazgo y estudio tanto de las ondas gravitatorias como de la luz de este fenómeno ha permitido desvelar muchos de los procesos físicos involucrados en la fusión y establecer un cuerpo de conocimiento único de un objeto celeste: las ondas gravitatorias han revelado su masa, rotación, distancia y posición en el cielo, en tanto que las ondas electromagnéticas han permitido estudiar su entorno.

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