Lo qué sucede cuando las estrellas colisionan.

Observaciones de radio apuntan a una explicación probable para los fenómenos de fusión de estrellas de neutrones.
Escenarios probables en fusión de estrellas de neutrones.


Han sido estudiados diferentes escenarios para las consecuencias de la colisión de dos estrellas de neutrones. A la izquierda (en el escenario corto de ráfaga de rayos gamma [SGRB]), un chorro de material que se mueve a casi la velocidad de la luz es propulsado desde el sitio de colisión a una esfera de material inicialmente volado por la explosión resultante. Si se observa desde un ángulo alejado (fuera del eje) desde el centro del chorro, la emisión a largo plazo de rayos X y ondas de radio se debilitaría. A la derecha, el jet no puede perforar el caparazón de los restos de la explosión, sino que barre el material en un amplio "capullo", que absorbe la energía del jet y emite rayos X y ondas de radio en un ángulo más amplio. En este caso, dicha emisión sigue creciendo en intensidad, como se observa ahora con los telescopios de radio y de rayos X.

Crédito: NRAO / AUI / NSF: D. Berry

Tres meses de observaciones con Karl G. Jansky Very Large Array (VLA) de la National Science Foundation han permitido a los astrónomos centrarse en la explicación más probable de lo que sucedió después de la violenta colisión de un par de estrellas de neutrones en una galaxia a millones de años luz de la Tierra. Lo que aprendieron significa que los astrónomos podrán ver y estudiar muchas más colisiones de este tipo.

El 17 de agosto de 2017, los observatorios de ondas gravitacionales LIGO y VIRGO se combinaron para localizar las débiles ondas en el espacio-tiempo causadas por la fusión de dos estrellas de neutrones superdensas, GW170817. Fue la primera detección confirmada de tal fusión y solo la quinta detección directa de ondas gravitacionales, predicha hace más de un siglo por Albert Einstein.

Las ondas gravitacionales fueron seguidas por estallidos de rayos gamma, rayos X y luz visible del evento. El VLA detectó las primeras ondas de radio provenientes del evento el 2 de septiembre. Esta fue la primera vez que se vio un objeto astronómico con ondas gravitacionales y ondas electromagnéticas.

Karl G. Jansky Very Large Array (VLA) de la
National Science Foundation Crédito: NRAO/AUI/NSF.
El momento y la fuerza de la radiación electromagnética en diferentes longitudes de onda proporcionaron a los científicos pistas sobre la naturaleza de los fenómenos creados por la colisión inicial de la estrella de neutrones. Antes del evento de agosto, los teóricos habían propuesto varias ideas, ciertos modelos teóricos, sobre estos fenómenos. Como la primera colisión de ese tipo se identificó positivamente, el evento de agosto brindó la primera oportunidad de comparar las predicciones de los modelos con las observaciones reales.

Los astrónomos que utilizan el VLA, junto con el Australian Telescope Compact Array y el Giant Metrewave Radio Telescope en India, regularmente observaron el objeto desde septiembre en adelante. Los radiotelescopios mostraron que la emisión de radio ganaba fuerza constantemente. En base a esto, los astrónomos identificaron el escenario más probable para las consecuencias de la fusión.

"El brillo gradual de la señal de radio indica que estamos viendo un flujo de salida de gran angular de material, viajando a velocidades comparables a la velocidad de la luz, a partir de la fusión de estrellas de neutrones", dijo Kunal Mooley, ahora un Observatorio Nacional de Radioastronomía (NRAO). Jansky Postdoctoral Fellow presentado por Caltech. Las mediciones observadas están ayudando a los astrónomos a descubrir la secuencia de eventos desencadenados por la colisión de las estrellas de neutrones.

Secuencia de la explosión.
Antenas del Giant Metrewave Radio Telescope en India, gmrt.
Imagen cortesía de Pravin Raybole.



La fusión inicial de los dos objetos superdensos causó una explosión, llamada kilonova, que propulsó una capa esférica de escombros hacia afuera. Las estrellas de neutrones colapsaron en un remanente, posiblemente un agujero negro, cuya poderosa gravedad comenzó a tirar de material hacia él. Ese material formó un disco de giro rápido que generó un par de chorros estrechos y súper rápidos de material que fluía hacia afuera desde sus polos. Si uno de los chorros apuntara directamente hacia la Tierra, habríamos visto un estallido de rayos gamma de corta duración, como muchos habían visto antes, dijeron los científicos. "Claramente, ese no era el caso", dijo Mooley.

Algunas de las primeras mediciones del evento de agosto sugirieron, en cambio, que uno de los chorros podría haber sido apuntado ligeramente lejos de la Tierra. Este modelo explicaría el hecho de que la emisión de radio y rayos X se observó solo un tiempo después de la colisión.

"Ese modelo simple, de un jet sin estructura (un llamado jet de sombrero de copa) visto fuera del eje, haría que la emisión de radio y rayos X se debilitara lentamente. Mientras observamos el fortalecimiento de las emisiones de radio, nos dimos cuenta de que la explicación requería un modelo diferente", dijo Alessandra Corsi, de la Texas Tech University.

Los astrónomos buscaron un modelo publicado en octubre por Mansi Kasliwal de Caltech y su equipo, y desarrollado por Ore Gottlieb, de la Universidad de Tel Aviv, y su equipo. En ese modelo, el chorro no sale de la esfera de escombros de explosión. En cambio, recoge material circundante a medida que se mueve hacia afuera, produciendo un amplio "capullo" que absorbe la energía del chorro.

Algunas de la 6 radio antenas de 22 metros que componen la matriz de antenas del
 Australian Telescope Compact Array.



Los astrónomos favorecieron este escenario basándose en la información que obtuvieron al usar los radiotelescopios. Poco después de las observaciones iniciales del sitio de la fusión, el viaje anual de la Tierra alrededor del Sol colocó el objeto demasiado cerca del Sol en el cielo para observar los rayos X y los telescopios de luz visible. Durante semanas, los radiotelescopios fueron la única forma de continuar recopilando datos sobre el evento.

"Si las ondas de radio y los rayos X provienen de un capullo en expansión, nos dimos cuenta de que nuestras mediciones de radio significaban que, cuando el Observatorio de rayos X Chandra de la NASA pudiera observar una vez más, encontraría que los rayos X, como las ondas de radio , habían aumentado en fuerza ", dijo Corsi.

Mooley y sus colegas publicaron un documento con sus medidas de radio, su escenario favorito para el evento, y esta predicción en línea el 30 de noviembre. Chandra estaba programado para observar el objeto el 2 y 6 de diciembre.

"El 7 de diciembre, salieron los resultados de Chandra y la emisión de rayos X se había iluminado tal como lo habíamos predicho", dijo Gregg Hallinan, de Caltech.

"El acuerdo entre la radio y los datos de rayos X sugiere que los rayos X se originan del mismo flujo de salida que produce las ondas de radio", dijo Mooley.

"Fue muy emocionante ver nuestra predicción confirmada", dijo Hallinan. Añadió: "Una implicación importante del modelo de capullo es que deberíamos poder ver muchas más de estas colisiones detectando sus ondas electromagnéticas, no solo sus ondas gravitacionales".

Mooley, Hallinan, Corsi y sus colegas informaron sus hallazgos en la revista científica Nature, artículo en Nature.

El Observatorio Nacional de Radioastronomía es una instalación de la National Science Foundation, operada bajo el acuerdo cooperativo de Associated Universities, Inc.

Contacto con los medios:
Dave Finley, oficial de información pública
(575) 835-7302

• Publicado en NRAO el 20 de diciembre del 2.017.

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