Detectada por primera vez la firma de una kilonova en astronomía multimensajera
Por: Max Planck Society.
21 de diciembre de 2023
Simulación numérica del material eyectado resultante de dos estrellas de neutrones en fusión. Los colores rojos se refieren al material expulsado con una alta fracción de neutrones que normalmente aparecerá más rojo que el material azul que contiene una mayor fracción de protones. Crédito: I. Markin (Universidad de Potsdam).
Las estrellas de neutrones son el producto final de estrellas masivas y reúnen una gran parte de la masa estelar original en una estrella superdensa con un diámetro de sólo unos diez kilómetros. El 17 de agosto de 2017, los investigadores observaron por primera vez las múltiples firmas de una fusión explosiva de dos estrellas de neutrones en órbita: ondas gravitacionales y enormes explosiones de radiación, incluida una explosión de rayos gamma.
Un equipo de investigación internacional ha desarrollado un método para modelar simultáneamente estas señales observables de una kilonova. Esto les permite describir con precisión qué sucede exactamente durante una fusión, cómo se comporta la materia nuclear en condiciones extremas y por qué el oro de la Tierra debe haberse creado en tales eventos. Utilizando una nueva herramienta de software, un equipo formado por el Instituto Max Planck de Física Gravitacional y la Universidad de Potsdam ha interpretado simultáneamente los distintos tipos de datos astrofísicos de una kilonova.
Además, se pueden utilizar datos de observaciones de radio y rayos X de otras estrellas de neutrones, cálculos de física nuclear e incluso datos de experimentos de colisiones de iones pesados en aceleradores terrestres. Hasta ahora, las distintas fuentes de datos se han analizado por separado y, en algunos casos, los datos se han interpretado utilizando diferentes modelos físicos.
Una estrella de neutrones es un objeto astrofísico superdenso formado al final de la vida de una estrella masiva en una explosión de supernova. Al igual que otros objetos compactos, algunas estrellas de neutrones orbitan entre sí en sistemas binarios. Pierden energía a través de la emisión constante de ondas gravitacionales (pequeñas ondas en el tejido del espacio-tiempo) y eventualmente chocan.
Estas fusiones permiten a los investigadores estudiar principios físicos en las condiciones más extremas del universo. Por ejemplo, las condiciones de estas colisiones de alta energía conducen a la formación de elementos pesados como el oro. De hecho, las estrellas de neutrones fusionadas son objetos únicos para estudiar las propiedades de la materia en densidades muy superiores a las que se encuentran en los núcleos atómicos.
El nuevo método se aplicó a la primera y única observación con múltiples mensajes de fusiones de estrellas de neutrones binarias hasta el momento. En este evento, descubierto el 17 de agosto de 2017, las últimas miles de órbitas de las estrellas entre sí habían deformado el espacio-tiempo lo suficiente como para crear ondas gravitacionales, que fueron detectadas por los observatorios terrestres de ondas gravitacionales Advanced LIGO y Advanced Virgo. Cuando las dos estrellas se fusionaron, los elementos pesados recién formados fueron expulsados.
Algunos de estos elementos se desintegraron radiactivamente, provocando un aumento de temperatura. Activada por esta radiación térmica, se detectó una señal óptica, infrarroja y ultravioleta hasta dos semanas después de la colisión. Una explosión de rayos gamma, también provocada por la fusión de estrellas de neutrones, expulsó material adicional. La reacción de la materia de la estrella de neutrones con el medio circundante produjo rayos X y emisiones de radio que podrían monitorearse en escalas de tiempo que van desde días hasta años.
Fuente:
https://phys.org/news/2023-12-team-signatures-kilonova-explosion-simultaneously.html