Observan por primera vez el choque de dos estrellas de neutrones

Tres detectores de ondas gravitacionales, dos pertenecientes al proyecto LIGO, en Estados Unidos, y un tercero ubicado en Italia, identificaron una señal procedente de la galaxia elíptica NGC 4993. Más de 60 telescopios terrestres y satelitales centraron su mirada en esa galaxia y lograron captar el destello que produjo la colisión. Hasta el presente, nunca se había podido registrar este tipo de eventos cósmicos. La Estación Astrofísica de Bosque Alegre también participó en el descubrimiento. [16.10.2017]

A dos semanas de haber sido reconocido con el Premio Nobel de Física 2017 por la detección de las ondas gravitacionales, el proyecto LIGO anunció la identificación de nuevas ondas, esta vez producidas por la colisión de dos estrellas de neutrones. Se trata de un hito en el campo de la astrofísica, que hasta el momento nunca había registrado este tipo de eventos.

Sucedió el 17 de agosto, cuando los detectores gemelos de LIGO (en Livingston y en Hanford, Estados Unidos) y uno de características técnicas similares, denominado VIRGO (en Cascina, Italia), recibieron una señal mucho más potente que la de 2015 y de mayor duración, a la que denominaron GW170817.

A través de una triangulación, delimitaron la región del universo de donde provenía y con esta información alertaron a telescopios y satélites de todo el planeta para que observaran hacia esa dirección, en diferentes bandas del espectro electromagnético.

Imagen obtenida por la colaboración TOROS, con el telescopio de la Estación Astrofísica de Bosque Alegre, del Observatorio Astronómico de Córdoba.

Los datos provistos por LIGO indicaban que la señal era producida por dos objetos astrofísicos ubicados a una distancia cercana de 130 millones de años luz de la Tierra. Luego de 11 horas de búsqueda, telescopios terrestres pudieron reconocer que la señal provenía de la galaxia elíptica NGC 4993. Más de 60 telescopios en la Tierra y el espacio se encargaron de observarla en detalle.

“Este descubrimiento marca un hito en la historia de la astronomía, ya que es el primer evento cósmico observado tanto por su emisión de ondas gravitacionales como por la luz asociada al mismo” relata Mario Díaz, miembro de LIGO.

A diferencia de 2015, cuando las primeras ondas gravitacionales detectadas habían sido originadas por la colisión de dos agujeros negros –que no emiten luz visible, ni en ninguna otra longitud de onda–, en esta oportunidad el fenómeno puedo ser observado a través de ondas electromagnéticas resultantes del encuentro de dos estrellas de neutrones.

Las estrellas de neutrones son las más pequeñas y densas que se conocen. Su origen obedece a la explosión de estrellas masivas, llamadas supernovas.

El choque que detectó LIGO se produjo hace 130 millones de años. Eran dos estrellas que integraban un sistema binario, cuyas sus órbitas se fueron acercando lentamente hasta que se fusionaron. Ese impacto provocó una emisión de ondas gravitacionales que, en esta ocasión, LIGO percibió durante 100 segundos y estuvo acompañada por un gran destello de luz que pudo ser observado desde la Tierra durante dos días.

TOROS: persiguiendo la señal

Horas después de haber recibido el alerta, los telescopios del mundo apuntaban en la dirección de la señal detectada. El proyecto TOROS colaboró en esa tarea. Con dos telescopios, el T80S ubicado en Cerro Tololo Chile y el Telescopio de la Estación Astrofísica de Bosque Alegre del Observatorio Astronómico de Córdoba, pudo tomar imágenes de este singular evento cósmico.

Regiones del Universo hacia donde apuntaron los telescopios, una vez detectada la onda gravitacional. Como  se puede apreciar, para  GW170817 la búsqueda se limitó a un área mucho menor que  en los anteriores eventos.

TOROS es una iniciativa colaborativa dirigida por tres científicos argentinos: Diego García Lambas (UNC-Conicet), Mario Díaz (Universidad de Texas del Valle del Río Grande) y Lucas Macri (Universidad de Texas A&M). El equipo se completa con decenas de técnicos y científicos pertenecientes a esas tres instituciones de educación superior.

“Pudimos observar el brillo con el telescopio de Chile, con el cual tenemos convenio”, cuenta Macri. Y agrega: “Pero eso fue posible la primer noche, luego se nubló y para la segunda noche logramos utilizar el de Córdoba. Fue una suerte que no estuviera nublado”, explica el investigador.

El proyecto TOROS comenzó a funcionar a mediados de 2009, mediante un convenio entre las tres instituciones. Su principal objetivo es instalar un telescopio propio en el Centro Astronómico Macón (CAM), ubicado en la Puna Salteña.

“Se viene trabajando hace tiempo en la instalación de Toros en el CAM –agrega García Lambas–. Es un proyecto ambicioso, que se hace con mucho esfuerzo. La cúpula y el telescopio fueron adquiridos desde la Universidad de Texas y están en proceso de ser enviadas a Tolar Grande, el pueblo más cercano al CAM.”

De acuerdo a García Lambas, titular de Instituto de Astronomía Teórica y Experimental (UNC-Conicet), contar con instalaciones propias le permitiría a TOROS observar todo el tiempo que fuese necesario este tipo de eventos y continuar aportes fundamentales en el avance del conocimiento astronómico.

Polvo de estrellas

Estas observaciones proporcionaron a los investigadores una oportunidad sin precedente para entender con mayor precisión la colisión de dos estrellas de neutrones.

Investigadores principales de la colaboración TOROS.
De izquierda a derecha: Lucas Macri, Mario Díaz y Diego García Lambas

Los datos recabados en los distintos observatorios revelan señales de material recientemente sintetizado, como oro o platino. De esta manera se resuelve un misterio que permaneció vigente varias décadas: de dónde provenían los elementos más pesados que el hierro.

“Esto significa que estos elementos que encontramos en la Tierra llegaron acá durante la misma formación del Sistema Solar, debido al choque de dos estrellas” explica Macri.

Otra de las incógnitas resueltas con estas observaciones fue el “estallido breve de rayos gama” (GRB por sus siglas en inglés). Durante décadas se sospechó que eran producidos durante la fusión de estrellas de neutrones, pero hasta el momento habían sido factible comprobarlo.

Pero ahora el telescopio espacial Fermi logró detectar este fenómeno, con lo cual impulsa a los investigadores a trabajar en esta reciente área de la astrofísica, que involucra los eventos electromagnéticos más poderosos que se han observado hasta el presente.

Es importante destacar esto: las estrellas nacen, viven y mueren de alguna manera, como todo lo que es capaz de desarrollar ciclos energéticos en el universo. Es decir, como los animales y los seres humanos.

En general, las estrellas tiene características “morfológicas distintas”. Algunas son más pesadas, otras menos, así como los humanos pueden ser más gordos o flacos.
 

Representación artística de la colisión de las estrellas de neutrones. Fuente: Nasa.

La principal fuente de energía de las estrellas, lo que las mantiene vivas, es la combustión termonuclear del hidrógeno, el gas fundamental del que está compuesto el universo.

Cuando éste se acaba, la estrella se muere y la gravedad –la única fuerza que sobrevive a la extinción de la fuerza nuclear que la mantenía viva mientras tenía gas– toma el control triunfal.
 
Como la gravedad es atractiva, la materia de la estrella colapsa. Si la masa –la cantidad de materia– es como la del Sol, colapsa a lo que se llama una “enana blanca”: una estrella casi tan pesada como el Sol, pero con un tamaño como el de la Tierra.

Si la masa es de tres veces la del Sol o mayor, el colapso no se puede frenar y la gravedad “aprieta” a la materia en un volumen tan, pero tan pequeño, que la estrella es como un punto y su gravedad tan fuerte que ni la luz puede escapar: eso es un agujero negro.

Cuando es ligeramente más masiva que el Sol, el resultado es una estrella tan pesada como uno o dos soles, pero compactada en el volumen que ocupa una ciudad: es una estrella de neutrones.

Las estrellas de neutrones no son demasiado abundantes, conocemos una docena de ellas en nuestra galaxia, que giran una alrededor de la otra, en lo que se llama un sistema binario.
 
En estos sistemas hemos detectado la pérdida de energía gravitacional porque se están acercando lentamente y en unos cientos de millones de años colisionarán. A partir de estas observaciones, sabemos que se acercan de la manera predicha por Einstein, en consonancia con la emisión de radiación gravitacional.
 
Lo notable de la detección del 17 de agosto es que corresponde a un sistema binario de estrellas de neutrones, cerrando perfectamente el círculo de teoría y observaciones. No sólo explica todo lo que suponíamos teóricamente, sino que deja numerosos nuevos interrogantes sobre el sistema resultante de la colisión, la producción copiosa de materiales pesados, y el devenir de nuevas observaciones que probaran las hipótesis sobre la diversidad de configuraciones vinculadas a estas colisiones en el cosmos tardío.