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El chorro de material que surgió por la fusión de dos estrellas de neutrones

En agosto de 2017 los astrónomos observaron por primera vez ondas gravitacionales y radiación procedentes del choque de dos estrellas de neutrones. Ahora informan que de aquella colisión estelar emergió un potente chorro de material que, viajando a velocidades próximas a la de la luz, fue detectado en la Tierra con una red mundial de radiotelescopios.

La fusión de las dos estrellas de neutrones produjo una envoltura de material (ilustrada en tonos rojizos) que atravesó el jet o chorro (en blanco) observado después viajando a casi la velocidad de la luz. / Beabudai Design

En una galaxia situada a 130 millones de años luz de la Tierra, dos estrellas de neutrones (muy densas, pero tan pequeñas como una ciudad) se fusionaron en agosto de 2017. La colisión produjo ondas gravitacionales, que se registraron con los detectores de LIGO y Virgo, y emitió todo tipo de radiación (gamma, X, radio, luz visible…), observada con multitud de instrumentos desde nuestro planeta.

Una red mundial de radiotelescopios descubrió un chorro de material desplazándose a velocidades cercanas a la de la luz procedente del punto donde se fusionaron las estrellas

Fue una de las noticias científicas del año, pero los investigadores siguieron la evolución del evento (denominado GW170817). Doscientos días después de aquel choque de estrellas, las observaciones combinadas de radiotelescopios de Europa, África, Asia, Oceanía y América descubrieron la existencia de un chorro de materia, que había surgido como resultado de la fusión y se desplazaba a velocidades cercanas a la de la luz.

Los resultados los publica esta semana en la revista Science un equipo internacional de astrónomos, liderado por el investigador Giancarlo Ghirlanda desde el Instituto Nacional de Astrofísica (INAF, Italia) y con una importante contribución española: Benito Marcote del instituto JIVE (Países Bajos), Iván Agudo y Miguel Pérez-Torres del Instituto de Astrofísica de Andalucía (IAA-CSIC) y Javier Moldón del Jodrell Bank Centre for Astrophysics (Reino Unido).

Después de la colisión, una importante cantidad de material se expulsó al espacio, formando una envoltura que los autores han observado a lo largo de todo este tiempo, al igual que las crecientes emisiones de rayos X y radio. Estas se interpretaban como un 'resplandor' fruto de de la fusión, pero quedaban cuestiones sin resolver.

Este chorro mostró tanta energía como la producida por todas las estrellas de nuestra galaxia durante un año

“Esperábamos que parte de este material fuese expulsado en forma de un jet o chorro moviéndose a una velocidad cercana a la de la luz, pero no estaba claro si este chorro podría o no atravesar la envoltura alrededor de la fusión”, explica Ghirlanda.

Dos posibles escenarios

Había dos posibles escenarios: que el chorro no pudiese romper la envoltura de material, y por tanto únicamente se observase algo como una burbuja en expansión, o bien que el chorro rompiese esa envoltura y siguiese moviéndose por el espacio.

Solo la obtención de imágenes en ondas de radio con una gran sensibilidad y detalle podría distinguir un caso del otro. Pero esto requería el uso de una técnica conocida como interferometría de muy larga base (VLBI) que, como en este caso, requiere combinar radiotelescopios repartidos por toda la superficie terrestre.

El 12 de marzo de 2018 se utilizaron 32 radiotelescopios de la red europea de VLBI (EVN, que conecta telescopios de España como el de Yebes, que el Instituto Geográfico Nacional tiene en Guadalajara, con otros de Italia, Alemania, Suecia, Países Bajos, Polonia, Letonia, Reino Unido, Rusia, China y Sudáfrica), de e-MERLIN en Reino Unido, la red Australiana de larga base (LBA, con antenas en Australia y Nueva Zelanda) y la red de muy larga base (VLBA) de Estados Unidos.

Localización de todos los radiotelescopios que participaron en la observación. / Paul Boven (JIVE)

Los datos de todos estos telescopios se enviaron al instituto JIVE en los Paises Bajos, donde se combinaron para producir las imágenes finales, que alcanzaron un nivel de detalle tan grande como para distinguir a una persona caminando sobre la superficie de la Luna. Bajo esta misma analogía, la existencia de la 'burbuja' en expansión aparecería con el tamaño equivalente al de un camión en la Luna, mientras que un chorro presentaría un tamaño muy inferior.

Las imágenes finales permitieron ver la 'burbuja' de material en expansión del tamaño de un camión en la Luna y al chorro todavía mucho más pequeño

“Comparando las imágenes teóricas y las reales, encontramos que únicamente la posibilidad del chorro era compatible con el objeto observado”, explica Om Sharan Salafia, del INAF. El equipo también determinó que este chorro mostraba tanta energía como la producida por todas las estrellas de nuestra galaxia durante un año entero.

“Estos resultados puestos en conjunto con observaciones previas por parte de otro grupo de astrónomos liderados por Kunal Mooley (NRAO, EEUU) confirman la existencia de un chorro de partículas que atravesó la envoltura y se propaga a velocidades próximas a la de la luz”, comenta Zsolt Paragi (JIVE). En los próximos años, varias de estas fusiones de dos estrellas de neutrones serán descubiertas, según pronostican los autores.

“Los resultados obtenidos también sugieren que más del 10% de estas fusiones deberían producir chorros que atraviesen la envoltura inicial y por tanto podría ser observados”, apunta Benito Marcote (JIVE). Según los investigadores, este tipo de observaciones nos permitirá clarificar los procesos que tienen lugar en uno de los eventos más poderosos que ocurren en el universo.

Ilustración de un jet o chorro atravesando el material eyectado por la fusión de dos estrellas de neutrones. / O.S.Salafia, G.Ghirlanda, NASA/CXC/GSFC/B.Williamsetal

La fusión de las dos estrellas de neutrones produjo una envoltura de material (ilustrada en tonos rojizos) que logró romper el jet o chorro (en blanco) observado después. / Beabudai Design

Referencia bibliográfica:

Giancarlo Ghirlanda et al. “Compact radio emission indicates a structured jet was produced by a binary neutron star merger”. Science, 22 de febrero de 2019.

Fuente: OAN-Yebes/CSIC
Derechos: Creative Commons
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