En agosto de 2017, se produjo otro avance importante cuando el Observatorio de ondas gravitacionales con interferómetro láser (LIGO) detectó ondas que se creían que eran causadas por una fusión de estrellas de neutrones. Poco después, los científicos de LIGO, Advanced Virgo y el Telescopio Espacial de Rayos Gamma Fermi pudieron determinar en qué parte del cielo ocurrió este evento (conocido como kilonova).
Esta fuente, conocida como GW170817 / GRB, ha sido objeto de muchas encuestas de seguimiento ya que se creía que la fusión podría haber llevado a la formación de un agujero negro. Según un nuevo estudio realizado por un equipo que analizó datos del Observatorio de rayos X Chandra de la NASA desde el evento, los científicos ahora pueden decir con mayor confianza que la fusión creó un nuevo agujero negro en nuestra galaxia.
El estudio, titulado "GW170817 más probable hizo un agujero negro", apareció recientemente en The Astrophysical Journal Letters. El estudio fue dirigido por David Pooley, profesor asistente de física y astronomía en la Universidad Trinity, San Antonio, e incluyó miembros de la Universidad de Texas en Austin, la Universidad de California, Berkeley y el Laboratorio de Cosmos Energético de la Universidad de Nazarbayev en Kazajstán.
En aras de su estudio, el equipo analizó los datos de rayos X de Chandra tomados en los días, semanas y meses después de la detección de ondas gravitacionales por LIGO y rayos gamma por la misión Fermi de la NASA. Si bien casi todos los telescopios del mundo habían observado la fuente, los datos de rayos X fueron críticos para comprender lo que sucedió después de que las dos estrellas de neutrones colisionaron.
Si bien una observación de Chandra dos o tres días después del evento no pudo detectar una fuente de rayos X, las observaciones posteriores tomadas 9, 15 y 16 días después del evento resultaron en detecciones. La fuente desapareció por un tiempo cuando GW170817 pasó detrás del Sol, pero se hicieron observaciones adicionales aproximadamente 110 y 160 días después del evento, los cuales mostraron un brillo significativo.
Si bien los datos de LIGO proporcionaron a los astrónomos una buena estimación de la masa del objeto resultante después de que las estrellas de neutrones se fusionaron (2.7 Masas solares), esto no fue suficiente para determinar en qué se había convertido. Esencialmente, esta cantidad de masa significaba que era la estrella de neutrones más masiva jamás encontrada o el agujero negro de menor masa jamás encontrado (los poseedores de registros anteriores eran cuatro o cinco masas solares). Como Dave Pooley explicó en un comunicado de prensa de NASA / Chandra:
“Si bien las estrellas de neutrones y los agujeros negros son misteriosos, hemos estudiado muchos de ellos en todo el Universo utilizando telescopios como Chandra. Eso significa que tenemos tanto datos como teorías sobre cómo esperamos que tales objetos se comporten en rayos X ”.
Si las estrellas de neutrones se fusionaron para formar una estrella de neutrones más pesada, los astrónomos esperarían que girara rápidamente y generara un campo magnético muy fuerte. Esto también habría creado una burbuja expandida de partículas de alta energía que provocaría emisiones de rayos X brillantes. Sin embargo, los datos de Chandra revelaron emisiones de rayos X que fueron varios cientos de veces más bajas de lo esperado de una estrella de neutrones masiva que gira rápidamente.
Al comparar las observaciones de Chandra con las del Karl G. Jansky Very Large Array (VLA) de la NSF, Pooley y su equipo también pudieron deducir que la emisión de rayos X se debió por completo a la onda de choque causada por la fusión que se estrelló en los alrededores. gas. En resumen, no había signos de rayos X como resultado de una estrella de neutrones.
Esto implica fuertemente que el objeto resultante era de hecho un agujero negro. Si se confirma, estos resultados indicarían que el proceso de formación de un agujero negro a veces puede ser complicado. Esencialmente, GW170817 habría sido el resultado de dos estrellas sometidas a una explosión de supernova que dejó dos estrellas de neutrones en una órbita lo suficientemente estrecha como para que finalmente se unieran. Como Pawan Kumar explicó:
“Es posible que hayamos respondido una de las preguntas más básicas sobre este deslumbrante evento: ¿qué hizo? Los astrónomos han sospechado durante mucho tiempo que las fusiones de estrellas de neutrones formarían un agujero negro y producirían ráfagas de radiación, pero hasta ahora no teníamos un caso sólido para ello ”.
Mirando hacia el futuro, las afirmaciones presentadas por Pooley y sus colegas podrían ser probadas por futuras radiografías y observaciones de radio. Los instrumentos de próxima generación, como el Square Kilometer Array (SKA) actualmente en construcción en Sudáfrica y Australia, y el Telescopio avanzado de astrofísica de alta energía de la ESA (Athena +), serían especialmente útiles a este respecto.
Si el remanente resulta ser una estrella de neutrones masiva con un fuerte campo magnético después de todo, entonces la fuente debería ser mucho más brillante en las longitudes de onda de rayos X y radio en los próximos años a medida que la burbuja de alta energía se recupere con el choque de desaceleración ola. A medida que la onda expansiva se debilita, los astrónomos esperan que continúe volviéndose más débil de lo que era recientemente.
En cualquier caso, las futuras observaciones de GW170817 están destinadas a proporcionar una gran cantidad de información, según J. Craig Wheeler, coautor del estudio también de la Universidad de Texas. "GW170817 es el evento astronómico que sigue dando", dijo. "Estamos aprendiendo mucho sobre la astrofísica de los objetos más densos conocidos de este evento".
Si estas observaciones de seguimiento encuentran que una estrella de neutrones pesada es el resultado de la fusión, este descubrimiento desafiaría las teorías sobre la estructura de las estrellas de neutrones y cuán masivas pueden llegar a ser. Por otro lado, si descubren que formó un pequeño agujero negro, entonces desafiará las nociones de los astrónomos sobre los límites de masa más bajos de los agujeros negros. Para los astrofísicos, es básicamente un escenario de ganar-ganar.
Como el coautor Bruce Grossan de la Universidad de California en Berkeley agregó:
“Al comienzo de mi carrera, los astrónomos solo podían observar estrellas de neutrones y agujeros negros en nuestra propia galaxia, y ahora estamos observando estas estrellas exóticas en todo el cosmos. Qué momento tan emocionante para estar vivo, ver instrumentos como LIGO y Chandra que nos muestran tantas cosas emocionantes que la naturaleza tiene para ofrecer ”.
De hecho, mirar más lejos en el cosmos y más atrás en el tiempo ha revelado mucho sobre el Universo que antes era desconocido. Y con el desarrollo de instrumentos mejorados con el único propósito de estudiar los fenómenos astronómicos con mayor detalle y a distancias aún mayores, parece que no hay límite para lo que podemos aprender. Y asegúrese de ver este video de la fusión GW170817, cortesía del Observatorio de rayos X Chandra:
