Por primera vez, se ha detectado una onda gravitacional procedente de la fusión de dos púlsares, y, como guinda del pastel, incluso se ha observado por 70 telescopios, en tierra y en órbita. La ola GW170817 realmente firma el nacimiento de la astronomía gravitacional.
Esta simulación numérica muestra la fusión de dos estrellas de neutrones
CRÉDITO: NASA, AEI, ZIB, M. KOPPITZ Y L. REZZOLLA
Esta imagen de una visualización animada muestra la fusión de dos estrellas de neutrones en órbita. A la derecha, una visualización de la materia de las estrellas de neutrones. A la izquierda se muestra cómo se distorsiona el espacio-tiempo cerca de las colisiones. / Karan Jani, Georgia Tech.</p>
Esta imagen de una visualización animada muestra la fusión de dos estrellas de neutrones en órbita. A la derecha, una visualización de la materia de las estrellas de neutrones. A la izquierda se muestra cómo se distorsiona el espacio-tiempo cerca de las colisiones. / Karan Jani, Georgia Tech.
Como si de una operación militar se tratase, un ejército formado por más de 3.500 científicos de todo el mundo, apoyados por tierra y aire por decenas de telescopios, ha cumplido con una misión: averiguar de dónde procedían las extrañas ondas gravitacionales registradas el pasado 17 de agosto por los dos detectores LIGO, en EE UU. La respuesta ha sido espectacular: son fruto del choque entre dos estrellas de neutrones, las más pequeñas y densas conocidas. Es la primera vez en la historia que se detecta este fenómeno.
“Tenemos la sensación de que estamos abriendo una nueva era de descubrimientos del universo”, ha asegurado el español Xavier Barcons, director general del Observatorio Europeo Austral (ESO), en teleconferencia desde Chile durante el anuncio de este hito en la sede central en Garching, (Alemania).
Las ondas gravitacionales –perturbaciones en el espacio-tiempo predichas por Einstein– ya se habían detectado antes en cuatro fusiones de agujeros negros. Pero nada más ver la nueva señal –llamada GW170817–, los científicos se dieron cuenta de que respondía a un evento muy distinto: una emisión de radiación electromagnética la acompañaba. No podía tratarse de otra colisión de agujeros negros, que no emiten luz. El origen de esta nueva onda era un misterio.
“Es el nacimiento de un nuevo y poderoso campo, la astronomía multimensajero”, dice a Sinc el Nobel de Física Barry C. Barish
Tras semanas de duro trabajo y en medio de un secretismo digno de una agencia de espionaje, la operación científica ha dado sus frutos. El cataclismo de las estrellas de neutrones se asoció a una espectacular erupción de rayos gamma en una galaxia situada a 130 millones de años luz, llamada NGC 4993.
“Esta observación representa el nacimiento de un nuevo y poderoso campo que llamamos astronomía multimensajero”, declara a Sinc por email Barry C. Barish, pionero en la caza de estas ondas y uno de los tres premios Nobel de Física en 2017. Como explica a este medio Rainer Weiss, otro de los laureados, “el hallazgo de la fusión de estrellas de neutrones mediante ondas gravitacionales, junto con la medida de la radiación gamma con el satélite Fermi, unidos a las observaciones con telescopios electromagnéticos, forman un bello ejemplo de la ciencia que podemos hacer con esta astronomía multimensajero”.
Uno de los muchos científicos españoles que ha participado en el descubrimiento, José Antonio Font, lo califica como “histórico”. Las intensas jornadas de trabajo estos dos meses le han impedido tomarse un solo día libre. “He tenido que dejar mi vida aparcada un poco, pero merece la pena”, bromea a Sinc el investigador principal del Grupo Virgo de la Universidad de Valencia.
Desde el Centro de vuelo espacial Goddard de la NASA (EEUU), Eleonora Troja no esperaba detectar algo así tan pronto –la colaboración científica LIGO lleva funcionando apenas dos años desde su última renovación–. “Ni en mis mejores sueños pensé que íbamos a obtener estos resultados en el primer intento”, reconoce a Sinc.
Muy diferente a los agujeros negros
Los datos registrados por LIGO revelaban que los objetos que han generado esta nueva señal no eran tan grandes como los agujeros y su masa oscilaba entre 1,1 y 1,6 veces la del Sol, medidas que concordaban con las de las estrellas de neutrones. Estos objetos, que se forman con la explosión de supernovas, tienen unos 20 kilómetros de diámetro. Además, la señal duró más tiempo que la registrada en eventos anteriores (unos 100 segundos).
“Es la señal más fuerte que se ha detectado de ondas gravitacionales hasta ahora”, resalta Sascha Husa, miembro del Grupo de Relatividad y Gravitación de la Universitat de les Illes Ballears que forma parte de LIGO.
Desde Italia, la colaboración científica Virgo cogió el testigo de LIGO y precisó más la posición de la colisión con su otro detector: la señal procedía de una región relativamente pequeña del cielo del hemisferio sur.
“Casualmente, esta señal estaba en uno de los puntos casi ciegos de Virgo y por eso no lo pudo visualizar tan claramente, aunque eso ayudó de manera indirecta a la localización, puesto que indicaba que estaba justo en ese punto ciego”, comenta Font, que también dirige el departamento de Astronomía y Astrofísica de la Universidad de Valencia.
Captado desde el aire
En paralelo, el telescopio espacial de rayos gamma Fermi, que lleva casi diez años orbitando la Tierra en busca de fenómenos astrofísicos como este, advirtió la presencia de rayos gamma, llegados dos segundos después de la detección de las ondas gravitacionales.
Con los datos de LIGO y Virgo, el telescopio precisó aún más la ubicación de la colisión y, acto seguido, todo el mundo se puso manos a la obra para localizar la señal. En total, setenta observatorios terrestres y espaciales –algunos de ellos españoles– fueron capaces de observar el evento en sus diferentes longitudes de onda, un nuevo punto de luz similar al de una estrella. La NASA, la Agencia Espacial Europea y el Observatorio Europeo Austral son tres de los organismos que han participado en el descubrimiento.
Setenta observatorios terrestres y espaciales se unieron para observar el evento en distintas longitudes de onda
“Con el instrumento DECam del telescopio Víctor Blanco de Chile descubrimos una contraparte óptica y también hubo una explosión de rayos gamma. Toda esta luz indica con mucha seguridad que deben ser estrellas de neutrones y no agujeros negros”, apunta a Sinc Daniel Holz, investigador del departamento de Astronomía y Astrofísica de la Universidad de Chicago (EEUU).
Como en las detecciones anteriores, la confidencialidad y la coordinación entre los equipos de tantos países ha sido fundamental, algo que no es fácil; LIGO lo forman unas 1.200 personas, a las que se suman otras 1.300 de diferentes instituciones que han colaborado en el hallazgo.
“Es el espíritu de la colaboración. Todo el mundo suma, se siente partícipe de algo, algo grande que marca la historia”, indica Alicia M. Sintes, investigadora principal de la colaboración LIGO en la Universitat de les Illes Balears.
Lo más luminoso tras el Big Bang
Las observaciones revelaron que las ondas gravitacionales fueron producidas por dos estrellas de neutrones en órbita espiral. Las estrellas de masa media que mueren como supernovas originan este tipo de objetos tremendamente densos. Solo una cucharadita de su material equivale a una masa de unos mil millones de toneladas.
“Las estrellas que son más pequeñas se convierten en enanas blancas y las más pesadas, en agujeros negros”, explica Christoph Adami, profesor de Física y Astronomía de la Universidad Estatal de Michigan (EEUU).
Hace unos 130 millones de años, ambas estrellas se encontraban en sus últimas órbitas espirales, separadas unos 300 kilómetros. A medida que giraban más rápido y se iban acercando más, se deformaron y distorsionaron el espacio-tiempo de alrededor, emitiendo energía en forma de ondas gravitacionales antes de chocar entre sí.
“Todo el mundo suma, se siente partícipe de algo grande que marca la historia”, indica Alicia M. Sintes, investigadora de LIGO
“Eso da lugar a los fuegos artificiales más espectaculares que te puedas imaginar”, describe Gonzalo J. Olmo, investigador del Instituto de Física Corpuscular y del departamento de Física Teórica de la Universidad de Valencia.
En el momento de la colisión, la mayor parte de las dos estrellas de neutrones se fusionaron en un objeto muy denso y a la vez emitieron una especie de bola de fuego de rayos gamma. “Después del Big Bang, no hay nada tan luminoso como estas erupciones”, detalla Font.
Por primera vez, los investigadores han detectado una kilonova, el proceso en el que el material que queda tras la colisión es expulsado hacia afuera. Las observaciones ópticas muestran que elementos pesados como el plomo y el oro se crean en estas colisiones y se distribuyen por todo el universo.
“La detección de la emisión de kilonova abre una vía para comprender el enriquecimiento químico cósmico fruto de los elementos pesados y también para conocer las fases finales de la evolución estelar”, subraya Elena Pian, investigadora del Instituto Nacional de Astrofísica de Bolonia (Italia), que ha participado en el hallazgo.
Esta imagen de una visualización animada muestra la fusión de dos estrellas de neutrones en órbita. A la derecha, una visualización de la materia de las estrellas de neutrones. A la izquierda se muestra cómo se distorsiona el espacio-tiempo cerca de las colisiones. / Karan Jani, Georgia Tech.
Como si de una operación militar se tratase, un ejército formado por más de 3.500 científicos de todo el mundo, apoyados por tierra y aire por decenas de telescopios, ha cumplido con una misión: averiguar de dónde procedían las extrañas ondas gravitacionales registradas el pasado 17 de agosto por los dos detectores LIGO, en EE UU. La respuesta ha sido espectacular: son fruto del choque entre dos estrellas de neutrones, las más pequeñas y densas conocidas. Es la primera vez en la historia que se detecta este fenómeno.
“Tenemos la sensación de que estamos abriendo una nueva era de descubrimientos del universo”, ha asegurado el español Xavier Barcons, director general del Observatorio Europeo Austral (ESO), en teleconferencia desde Chile durante el anuncio de este hito en la sede central en Garching, (Alemania).
Las ondas gravitacionales –perturbaciones en el espacio-tiempo predichas por Einstein– ya se habían detectado antes en cuatro fusiones de agujeros negros. Pero nada más ver la nueva señal –llamada GW170817–, los científicos se dieron cuenta de que respondía a un evento muy distinto: una emisión de radiación electromagnética la acompañaba. No podía tratarse de otra colisión de agujeros negros, que no emiten luz. El origen de esta nueva onda era un misterio.
“Es el nacimiento de un nuevo y poderoso campo, la astronomía multimensajero”, dice a Sinc el Nobel de Física Barry C. Barish
Tras semanas de duro trabajo y en medio de un secretismo digno de una agencia de espionaje, la operación científica ha dado sus frutos. El cataclismo de las estrellas de neutrones se asoció a una espectacular erupción de rayos gamma en una galaxia situada a 130 millones de años luz, llamada NGC 4993.
“Esta observación representa el nacimiento de un nuevo y poderoso campo que llamamos astronomía multimensajero”, declara a Sinc por email Barry C. Barish, pionero en la caza de estas ondas y uno de los tres premios Nobel de Física en 2017. Como explica a este medio Rainer Weiss, otro de los laureados, “el hallazgo de la fusión de estrellas de neutrones mediante ondas gravitacionales, junto con la medida de la radiación gamma con el satélite Fermi, unidos a las observaciones con telescopios electromagnéticos, forman un bello ejemplo de la ciencia que podemos hacer con esta astronomía multimensajero”.
Uno de los muchos científicos españoles que ha participado en el descubrimiento, José Antonio Font, lo califica como “histórico”. Las intensas jornadas de trabajo estos dos meses le han impedido tomarse un solo día libre. “He tenido que dejar mi vida aparcada un poco, pero merece la pena”, bromea a Sinc el investigador principal del Grupo Virgo de la Universidad de Valencia.
Desde el Centro de vuelo espacial Goddard de la NASA (EEUU), Eleonora Troja no esperaba detectar algo así tan pronto –la colaboración científica LIGO lleva funcionando apenas dos años desde su última renovación–. “Ni en mis mejores sueños pensé que íbamos a obtener estos resultados en el primer intento”, reconoce a Sinc.
Muy diferente a los agujeros negros
Los datos registrados por LIGO revelaban que los objetos que han generado esta nueva señal no eran tan grandes como los agujeros y su masa oscilaba entre 1,1 y 1,6 veces la del Sol, medidas que concordaban con las de las estrellas de neutrones. Estos objetos, que se forman con la explosión de supernovas, tienen unos 20 kilómetros de diámetro. Además, la señal duró más tiempo que la registrada en eventos anteriores (unos 100 segundos).
“Es la señal más fuerte que se ha detectado de ondas gravitacionales hasta ahora”, resalta Sascha Husa, miembro del Grupo de Relatividad y Gravitación de la Universitat de les Illes Ballears que forma parte de LIGO.
Desde Italia, la colaboración científica Virgo cogió el testigo de LIGO y precisó más la posición de la colisión con su otro detector: la señal procedía de una región relativamente pequeña del cielo del hemisferio sur.
“Casualmente, esta señal estaba en uno de los puntos casi ciegos de Virgo y por eso no lo pudo visualizar tan claramente, aunque eso ayudó de manera indirecta a la localización, puesto que indicaba que estaba justo en ese punto ciego”, comenta Font, que también dirige el departamento de Astronomía y Astrofísica de la Universidad de Valencia.
Captado desde el aire
En paralelo, el telescopio espacial de rayos gamma Fermi, que lleva casi diez años orbitando la Tierra en busca de fenómenos astrofísicos como este, advirtió la presencia de rayos gamma, llegados dos segundos después de la detección de las ondas gravitacionales.
Con los datos de LIGO y Virgo, el telescopio precisó aún más la ubicación de la colisión y, acto seguido, todo el mundo se puso manos a la obra para localizar la señal. En total, setenta observatorios terrestres y espaciales –algunos de ellos españoles– fueron capaces de observar el evento en sus diferentes longitudes de onda, un nuevo punto de luz similar al de una estrella. La NASA, la Agencia Espacial Europea y el Observatorio Europeo Austral son tres de los organismos que han participado en el descubrimiento.
Setenta observatorios terrestres y espaciales se unieron para observar el evento en distintas longitudes de onda
“Con el instrumento DECam del telescopio Víctor Blanco de Chile descubrimos una contraparte óptica y también hubo una explosión de rayos gamma. Toda esta luz indica con mucha seguridad que deben ser estrellas de neutrones y no agujeros negros”, apunta a Sinc Daniel Holz, investigador del departamento de Astronomía y Astrofísica de la Universidad de Chicago (EEUU).
Como en las detecciones anteriores, la confidencialidad y la coordinación entre los equipos de tantos países ha sido fundamental, algo que no es fácil; LIGO lo forman unas 1.200 personas, a las que se suman otras 1.300 de diferentes instituciones que han colaborado en el hallazgo.
“Es el espíritu de la colaboración. Todo el mundo suma, se siente partícipe de algo, algo grande que marca la historia”, indica Alicia M. Sintes, investigadora principal de la colaboración LIGO en la Universitat de les Illes Balears.
Lo más luminoso tras el Big Bang
Las observaciones revelaron que las ondas gravitacionales fueron producidas por dos estrellas de neutrones en órbita espiral. Las estrellas de masa media que mueren como supernovas originan este tipo de objetos tremendamente densos. Solo una cucharadita de su material equivale a una masa de unos mil millones de toneladas.
“Las estrellas que son más pequeñas se convierten en enanas blancas y las más pesadas, en agujeros negros”, explica Christoph Adami, profesor de Física y Astronomía de la Universidad Estatal de Michigan (EEUU).
Hace unos 130 millones de años, ambas estrellas se encontraban en sus últimas órbitas espirales, separadas unos 300 kilómetros. A medida que giraban más rápido y se iban acercando más, se deformaron y distorsionaron el espacio-tiempo de alrededor, emitiendo energía en forma de ondas gravitacionales antes de chocar entre sí.
“Todo el mundo suma, se siente partícipe de algo grande que marca la historia”, indica Alicia M. Sintes, investigadora de LIGO
“Eso da lugar a los fuegos artificiales más espectaculares que te puedas imaginar”, describe Gonzalo J. Olmo, investigador del Instituto de Física Corpuscular y del departamento de Física Teórica de la Universidad de Valencia.
En el momento de la colisión, la mayor parte de las dos estrellas de neutrones se fusionaron en un objeto muy denso y a la vez emitieron una especie de bola de fuego de rayos gamma. “Después del Big Bang, no hay nada tan luminoso como estas erupciones”, detalla Font.
Por primera vez, los investigadores han detectado una kilonova, el proceso en el que el material que queda tras la colisión es expulsado hacia afuera. Las observaciones ópticas muestran que elementos pesados como el plomo y el oro se crean en estas colisiones y se distribuyen por todo el universo.
“La detección de la emisión de kilonova abre una vía para comprender el enriquecimiento químico cósmico fruto de los elementos pesados y también para conocer las fases finales de la evolución estelar”, subraya Elena Pian, investigadora del Instituto Nacional de Astrofísica de Bolonia (Italia), que ha participado en el hallazgo.
La historia conservará esta fecha: 17 de agosto de 2017. Incluso si los astrofísicos se tomaron dos meses para verificar todo, escriba el artículo y publíquelo, ya que se anuncia el estreno mundial del evento el lunes 16 de octubre. GW170817 es una onda gravitacional creada por la fusión de dos estrellas de neutrones, o pulsar, dos estrellas compactas, que los físicos están acostumbrados a presentar como el núcleo denso de una estrella explosiva masiva.
Mientras que las ondas gravitacionales previamente descubiertas duraron solo una fracción de segundo, esta vez el evento se registró durante más de cien segundos. La masa respectiva de los dos púlsares es aproximadamente 1,1 y 1,6 veces la masa del Sol, pero su material es muy compacto: una cucharada pequeña de este material pesaría mil millones de toneladas. Como suele ser el caso con las estrellas, los púlsares pueden formar un sistema binario: dos estrellas que giran entre sí y luego se acercan, acelerando su movimiento y finalmente se fusionan. Esta es la primera vez que se observa un fenómeno de este tipo para los púlsares.
Seguido por 70 observatorios
Al mismo tiempo, los tres interferómetros (dos Ligo y la antena Virgo) ahora trabajando juntos fueron capaces de determinar el origen de la zona de onda dentro de un área de 30 grados cuadrados (o 120 veces el tamaño de la plena luna en el cielo), en el hemisferio sur, hacia la constelación de Hydra. La información fue comunicada inmediatamente a muchos equipos. Decenas de telescopios y observatorios de todo el mundo -tanto en el espacio que en la Tierra, que cubren prácticamente todas las longitudes de onda del espectro electromagnético fueron al acecho: Integral de la Agencia Espacial Europea (ESA) para los radios gamma, Chandra y Swift NASA para los rayos X, un conjunto de 17 telescopios ópticos VLT (Very Large Telescope ESO, European Southern Observatory),
En resumen, un total de 70 instrumentos astronómicos vio dentro de los 2 que van desde segundos a días y semanas, la danza macabra de dos estrellas de neutrones. El evento se ubicó dentro de la galaxia NGC4993 a 130 millones de años luz de la Tierra. Su fusión emitió una corriente de rayos gamma asimilada a estos fenómenos llamados estallidos de rayos gamma, cuyo origen aún se discutió. Esta es la primera vez que una fusión de estrellas de neutrones ha sido objeto de una observación de "longitud de onda múltiple". Hasta entonces, los astrofísicos usaban solo luz como mensajero. Ahora la astrofísica gravitacional realmente puede comenzar, en solo un año incluso se ha vuelto operativa.
El acto fundador de la astronomía gravitacional
Esta doble identificación permite comprender mejor la física de las estrellas de neutrones y las eyecciones de materia que tienen lugar durante su fusión. esta fusión emite una corriente de luz en muchas longitudes de onda. Los astrofísicos evocan el término "kilonova", un poco más débil que el término supernova generalmente utilizado para el brillo que acompaña a la explosión de las grandes estrellas al final de la vida. La emisión de una kilonova dura entre algunos días y algunas semanas. Se sospecha que juegan un papel importante en muchos fenómenos astrofísicos: la formación de los elementos químicos más pesados y la comprensión de los fenómenos más violentos del Cosmos ... o una determinación más precisa de las distancias del Universo para definir mejor la famosa constante de Hubble que se usa para determinar la edad del Universo. Alrededor de cincuenta artículos científicos ya han utilizado las consecuencias de estas observaciones.
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