Por Adrián Cho
publicado n/a La ciencia
Cuatro veces en los últimos dos años, los físicos que trabajaban como detectores de ondas gravitacionales percibieron que algo había sucedido durante la noche, enviando ondas invisibles a través del espacio-tiempo. Bueno, anunciarán una quinta detección, pero esta vez los astrónomos también verán, con cada compresión de la onda de luz, la radiación gamma de las ondas de radio. Tal como predijeron los físicos, una visión sin precedentes de un cataclismo cósmico, en el que dos estrellas de neutrones súper densas orbitaron y se fusionaron, trajo una cornucopia de ideas, cada una por sí sola, que contaría como un gran avance científico.
“Realmente es un hermoso regalo que nos dio la naturaleza”, dice Alessandra Corsi, radioastrónoma de la Texas Tech University en Lubbock. «Es un evento que cambia la vida».
A las 12:41 a. m. UTC del 17 de agosto, físicos equipados con tres instrumentos: los detectores gemelos LIGO de 8 kilómetros en Hanford, Washington y Livingston, Luisiana, y el detector Virgo de 6 kilómetros cerca de Pisa, Italia, detectaron diferentes ondas del sitios anteriormente. Los cuatro eventos anteriores durarán, como máximo, unos pocos segundos, con ondas gravitatorias ondeando a frecuencias de decenas de ciclos por segundo. Esta vez duró 100 segundos a frecuencias de hasta miles de ciclos por segundo. Tan pronto como la señal anterior vio pares de enormes buracos negros orbitando y chocando rápidamente, o la nueva señal reveló estrellas de neutrones más débiles, con masas solares de 1,1 y 1,6, girando juntas inexorablemente, anunciamos a los investigadores en conferencias de prensa paralelas en Washington, DC, y Garching, Alemania.
Las ondas gravitacionales marcan el inicio de un espectacular espectáculo de luces. Dado que los agujeros negros son los campos gravitatorios que quedan cuando las estrellas muy masivas colapsan en puntos infinitesimales, no emiten luz cuando un par se fusiona. En contraste, las estrellas de neutrones son los núcleos muertos que quedan cuando estrellas ligeramente más pequeñas explotan como supernovas y consisten en neutrones puros en la materia más densa que existe. Cuando las estrellas chocan, expulsan desechos y emiten luz de todas las compresiones de ondas.
Isso é exactamente o lo que pasó. Dos segundos después, la señal gravitatoria, apenas detectada por el «disparador» automático del detector Hanford, o el Telescopio Espacial de Rayos Gamma Fermi de la NASA, registró un estallido de fotones de alta energía, llamado estallido de rayos gamma. En unos minutos, los investigadores de dos detectores Livingston y Virgo confirmarán la señal gravitatoria en sus datos. Aún así, o LIGO, tomó alrededor de una hora emitir una alerta detallada, dice Julie McEnery, astrofísica del Centro de Vuelo Espacial Goddard de la NASA en Greenbelt, Maryland, y miembro del Equipo Fermi. McEnery dice que descubrió la señal gravitacional gracias a un rumor de un colega que trabaja con Fermi y LIGO. «media hora [após o alerta de Fermi] recibimos un correo electrónico que decía: «Ese estallido de rayos gamma es un amigo interesante», dijo.
Dado que los tres detectores de ondas gravitacionales tienen una señal, los físicos podrían triangular y señalar una fuente dentro de 30 metros cuadrados de espacio, aproximadamente 60 veces el tamaño de la Luna y mucho más preciso que la ubicación de Closed. Los astrónomos apuntarán telescopios no locales grandes y pequeños a la constelación de Hydra. La investigación tuvo un comienzo lento, ya que esta parte del cerebro estaba expuesta a la luz solar directa en muchos observatorios. Pero, en unas pocas horas, cinco grupos identificarán una nueva fuente de luz en las afueras de la galaxia NGC 4993 y serán testigos del desvanecimiento de azul brillante a vermelho oscuro durante unos días. Aproximadamente dos semanas después, una fuente comenzó a emitir rayos X y ondas de radio.
No definitivo, más de 70 observatorios estudiados o eventos. «Esta es la primera vez que tenemos una vista Imax en 3D de un evento astronómico», dice Laura Cadonati, física del Instituto de Tecnología de Georgia en Atlanta y portavoz adjunta de la colaboración LIGO.
Una combinación de ondas gravitacionales y observaciones electromagnéticas ha producido al menos tres avances significativos. En primer lugar, explica el origen de ciertas grietas gamma, o en segundo lugar, eventos más potentes que se conocen en el cosmos, además de la fusión de buracos negros. Desde la década de 1990, los teóricos han creído que los estallidos que duran menos de dos segundos ocurren cuando las estrellas de neutrones se fusionan para crear un buraco negro (se cree que los nuevos estallidos, que duran minutos, son el resultado del colapso de masas individuales de estrellas). El nuevo resultado garantiza la explicación de las grietas cortas, dice Peter Mészáros, teórico de la Pennsylvania State University of State College. «Él es genial», dijo. «Sé que tienes ondas gravitacionales con una explosión, sabes que debe ser de un par de estrellas de neutrones».
En segundo lugar, el evento revela un objeto hipotético llamado kilonova, ya que parpadea brevemente más de mil veces que una nova común. Cuando dos estrellas de neutrones se sacuden y se separan, deberían expulsar núcleos atómicos ricos en neutrones, formando una masa de materia que totaliza un pequeño porcentaje de la masa del Sol. Estos núcleos se fortalecen por la rápida unión de neutrones y pueden cambiar rápidamente su identidad química por desintegración radiactiva. El llamado proceso r -o proceso rápido de captura de neutrones- debe brillar durante unos días, y su luz debe ser atenuada por elementos pesados que absorben la compresión de las ondas azules. Eso es exactamente lo que están viendo los astrónomos, dice el teórico de la Universidad de Columbia, Brian Metzger. “Es deslumbrante. De repente se levanta el telón o lo que vemos parece muy cercano a lo que esperábamos”.
El avistamiento de una kilonova proporciona un tercer avance para resolver un rompecabezas de larga data en la física nuclear: el origen del meta de dos elementos más pesados que el hierro, incluidos la plata, el oro y el platino. Los físicos nucleares han creído durante mucho tiempo que estos elementos se generan en el proceso, pero no sabemos en qué parte del cosmos está sucediendo esto, si se trata de estrellas individuales que colapsan o de una fusión de estrellas de neutrones. O novo achado muestra que algunos y posiblemente todos los elementos del misterio provienen de espirales de muerte de estrellas de neutrones. «Para mí, como físico nuclear, este es un resultado extremadamente importante», dice Witold Nazarewicz, teórico de la Universidad Estatal de Michigan en East Lansing, donde los investigadores están construyendo un acelerador de $ 730 millones, para estudiar o tratar.
La fusión de estrellas de neutrones presenta algunos de sus propios rompecabezas. Por ejemplo, los rayos gamma fueron relativamente débiles, ya que la explosión estuvo más cerca de cualquier explosión medida previamente por un factor de 10, señala McEnery. Isso podría deberse a que los investigadores observaron la fusión desde un ángulo elegante, dice ella. Se cree que se produce un estallido de rayos gamma cuando fragmentos de materia que se mueven a la velocidad de la luz salen disparados a lo largo del eje de giro del buraco negro recién nacido, radiación emitida al espacio como una linterna. En este caso, es posible que los observadores en la Tierra no lo miren directamente, pero podemos verlo desde un ligero ángulo, dice McEnery, a primera vista para estos dos astrónomos desde un plano astrofísico.
A los astrónomos les tomó mucho tiempo comenzar a observar las emisiones de radio y rayos X para respaldar esta imagen, dice Raffaella Margutti, astrofísica de la Universidad Northwestern en Evanston, Illinois, quien estudió el evento con el Observatorio de rayos X Chandra de la NASA. . . O rádio e os sinais de raios-x provêm do jato, que inicialmente te habría irradiado muy estrictamente ao longo de seu eixo para ser visto desde Terra. A medida que el ojo disminuía, no entanto, la radiación emergía en ángulos mayores, haciendo que los sinais detectáveis fora dos eixos
Desde que LIGO anunció el primer evento de ondas gravitacionales a principios de 2016, las redes de pequeños telescopios de todo el mundo han estado listas para detectar una «contraparte óptica». La carrera por este último evento fue conquistada por Ryan Foley de la Universidad de California (UC), Santa Cruz y sus colegas. Usarán telescopios de 1 metro en Mount Hamilton, California y Cerro Las Campanas en Chile para monitorear las alertas de LIGO/Virgo. A las 11:33 p. m. hora universal, 11 horas y 52 minutos después de las ondas gravitacionales chegarem, un equipo usó el telescopio en Chile para tomar una imagen de NGC 4993, y el posdoctorado de UC Santa Cruz, Charles Kilpatrick, vio un punto brillante en el cielo en archivos archivados. imágenes de la galaxia. “Encontré algo”, comentó con frialdad en un intercambio de mensajes en línea. En dos 40 minutos, otros cuatro equipos habían descubierto de forma independiente el mismo objeto óptico.
Corrió el rumor de que se propagó instantáneamente en Internet. En cuestión de días, otros científicos y periodistas conocían las líneas generales del descubrimiento, y los equipos de LIGO y Virgo lucharon por mantener la noticia en el evento de impresión de hojas. No fue una tarea fácil, ya que los astrónomos tienden a trabajar en equipos pequeños y altamente competitivos, dice Andrew Howell, astrónomo de la Universidad de California en Santa Bárbara y científico del equipo del Observatorio Las Cumbres, quien también acompañó el evento. Acostumbrados a trabajar en grandes equipos, los físicos de LIGO “no estaban preparados para el caos que es la comunidad astronómica”, dice.
Sin embargo, los astrónomos y astrofísicos se unirán para escribir un artículo único sobre el evento. Se envió a The Astrophysical Journal Letters y algunos investigadores dicen que tiene 4600 autores, aproximadamente 1/3 de todos los astrónomos. Além disso, grupos individuales publican muchos otros artículos en Science, Nature y otras revistas.
Con un evento espectacular en la bolsa, ha comenzado la era de la astronomía de ondas gravitacionales. O el siguiente paso es simplemente ver más eventos y comenzar a hacer análisis estadísticos sobre ellos, decimos los astrónomos. Pero, por ahora, toda la comunidad está disfrutando o destacando el impresionante éxito de sus modelos. «A veces me pregunto si todos estamos dando vueltas», dice Howell. «Son momentos como este los que me aseguran que la ciencia funciona».