En marzo, los astrónomos apuntaron el telescopio espacial Hubble a un punto distante en el espacio donde dos estrellas de neutrones habían chocado. Usando el ojo gigante del Hubble, observaron ese lugar distante durante 7 horas, 28 minutos y 32 segundos en el transcurso de seis de las órbitas del telescopio alrededor de la Tierra. Fue la exposición más larga jamás realizada del sitio de colisión, lo que los astrónomos llaman la imagen "más profunda". Pero su disparo, realizado más de 19 meses después de que la luz de la colisión llegara a la Tierra, no recogió ningún remanente de la fusión de la estrella de neutrones. Y esas son buenas noticias.
Esta historia comenzó con un bamboleo el 17 de agosto de 2017. Una onda gravitacional, que viajó 130 millones de años luz a través del espacio, empujó los láseres en el Observatorio de ondas gravitacionales del interferómetro láser (LIGO), el detector de ondas gravitacionales que abarca el globo. Esa señal siguió un patrón, uno que les dijo a los investigadores que era el resultado de la fusión de dos estrellas de neutrones, la primera fusión de estrellas de neutrones que se haya detectado. Los detectores de ondas gravitacionales no pueden decir de qué dirección proviene una onda, pero tan pronto como llegó la señal, los astrónomos de todo el mundo entraron en acción, buscando el origen del estallido en el cielo nocturno. Pronto lo encontraron: un punto en las afueras de una galaxia conocida como NGC4993 se había iluminado con la "kilonova" de la colisión, una explosión masiva que arroja rápidamente material radiactivo en descomposición al espacio en un brillante despliegue de luz.
Unas semanas más tarde, NGC4993 pasó detrás del sol y no volvió a emerger hasta unos 100 días después del primer signo de la colisión. En ese punto, la kilonova se había desvanecido, revelando el "resplandor" de la fusión de la estrella de neutrones, un fenómeno más tenue pero más duradero. Entre diciembre de 2017 y diciembre de 2018, los astrónomos usaron el Hubble para observar el resplandor 10 veces a medida que se desvanecía lentamente. Sin embargo, esta última imagen, que no muestra resplandor visible posterior u otros signos de la colisión, podría ser la más importante hasta el momento.
"Pudimos hacer una imagen realmente precisa, y nos ayudó a mirar hacia atrás a las 10 imágenes anteriores y hacer una serie de tiempo realmente precisa", dijo Wen-fai Fong, astrónomo de la Universidad Northwestern que dirigió este último esfuerzo de imagen.
Esa "serie temporal" equivale a 10 tomas claras del resplandor que evoluciona con el tiempo. La última imagen de la serie, que muestra ese punto en el espacio sin ningún brillo posterior, les permitió volver a las imágenes anteriores y restar la luz de todas las estrellas circundantes. Con toda esa luz de las estrellas eliminada, los investigadores se quedaron con imágenes extremadamente detalladas y sin precedentes de la forma y la evolución del resplandor posterior con el tiempo.
La imagen que surgió no se parece a nada que veríamos si miramos hacia el cielo nocturno con solo nuestros ojos, dijo Fong a Live Science.
"Cuando dos estrellas de neutrones se fusionan, forman un objeto pesado, ya sea una estrella de neutrones masiva o un agujero negro claro, y giran muy rápidamente. Y el material se expulsa a lo largo de los polos", dijo.
Ese material despega a velocidades vertiginosas en dos columnas, una apuntando hacia arriba desde el polo sur y otra desde el norte, dijo. A medida que se aleja del sitio de colisión, se golpea contra el polvo y otros desechos espaciales interestelares, transfiere parte de su energía cinética y hace que ese material interestelar brille. Las energías involucradas son intensas, dijo Fong. Si esto sucediera en nuestro sistema solar, superaría con creces nuestro sol.
Mucho de eso ya se sabía de estudios teóricos y observaciones anteriores del resplandor, pero la verdadera importancia del trabajo de Fong para los astrónomos es que revela el contexto en el que ocurrió la colisión original.
"Este es un buen trabajo. Muestra lo que habíamos sospechado en nuestro trabajo de observaciones anteriores del Hubble", dijo Joseph Lyman, astrónomo de la Universidad de Warwick en Inglaterra, quien dirigió un estudio anterior sobre el resplandor. "La estrella de neutrones binaria no se fusionó dentro de un cúmulo globular".
Los cúmulos globulares son regiones del espacio repletas de estrellas, dijo Lyman, que no participó en el nuevo esfuerzo, a Live Science. Las estrellas de neutrones son raras, y los binarios de estrellas de neutrones, o pares de estrellas de neutrones que orbitan entre sí, son aún más raros. Al principio, los astrónomos sospechaban que la fusión de binarios de estrellas de neutrones sería más probable que aparecieran en regiones del espacio donde las estrellas estaban agrupadas y oscilando entre sí de forma salvaje. Lyman y sus colegas, al analizar los datos anteriores de Hubble, encontraron algunas pruebas que podrían no ser el caso. La imagen de Fong mostró que no se puede encontrar un cúmulo globular, lo que parece confirmar que, al menos en este caso, una colisión de estrellas de neutrones no necesita un cúmulo de estrellas denso para formarse.
Una razón importante para estudiar estos resplandores posteriores, dijo Fong, es que podría ayudarnos a comprender las explosiones cortas de rayos gamma, misteriosas explosiones de rayos gamma que los astrónomos ocasionalmente detectan en el espacio.
"Creemos que estas explosiones podrían ser la fusión de dos estrellas de neutrones", dijo.
La diferencia en esos casos (además de que los astrónomos no detectan ondas gravitacionales que confirmen su naturaleza) es el ángulo de las fusiones con la Tierra.
La Tierra tenía una vista lateral del resplandor de esta fusión, dijo Fong. Pudimos ver salir la luz y luego desvanecerse con el tiempo.
Pero cuando ocurren explosiones cortas de rayos gamma, ella dijo: "Es como si estuvieras mirando por el caño de la manguera de fuego".
Dijo que uno de los chorros de escape de materia en esos casos apunta a la Tierra. Entonces, primero vemos la luz de las partículas que se mueven más rápido, viajando a una fracción significativa de la velocidad de la luz, como un breve destello de rayos gamma. Entonces, el punto de luz se desvanecerá lentamente a medida que las partículas de movimiento más lento lleguen a la Tierra y se vuelvan visibles.
Este nuevo artículo, que se publicará en Astrophysical Journal Letters, no confirma esa teoría. Pero ofrece a los investigadores más material que nunca antes para estudiar el resplandor de una fusión de estrellas de neutrones.
"Es un buen anuncio de la importancia de Hubble para comprender estos sistemas extremadamente débiles", dijo Lyman, "y da pistas sobre qué posibilidades adicionales se habilitarán", el sucesor masivo de Hubble que se implementará en 2021. .
Nota del editor: esta historia se corrigió a las 12:20 p.m. EST el viernes 13 de septiembre para eliminar una declaración de que ningún rayo gamma se había relacionado directamente con una fusión de estrellas de neutrones. Una débil lluvia de rayos gamma se relacionó con la fusión GW170817.
