En 2017, LIGO (Observatorio de ondas gravitacionales con interferómetro láser) y Virgo detectaron ondas gravitacionales provenientes de la fusión de dos estrellas de neutrones. Llamaron a esa señal GW170817. Dos segundos después de detectarlo, el satélite Fermi de la NASA detectó una explosión de rayos gamma (GRB) que se denominó GRB170817A. En cuestión de minutos, los telescopios y observatorios de todo el mundo se centraron en el evento.
El telescopio espacial Hubble desempeñó un papel en esta detección histórica de la fusión de dos estrellas de neutrones. A partir de diciembre de 2017, Hubble detectó la luz visible de esta fusión, y en el año y medio siguiente giró su potente espejo en la misma ubicación más de 10 veces. ¿El resultado?
La imagen más profunda del resplandor de este evento y una gran cantidad de detalles científicos.
"Esta es la exposición más profunda que hemos tenido de este evento en luz visible", dijo Wen-fai Fong de Northwestern, quien dirigió la investigación. "Cuanto más profunda es la imagen, más información podemos obtener".
Además de proporcionar una imagen profunda del resplandor de la fusión, Hubble también reveló algunos secretos inesperados de la fusión en sí, el chorro que creó y también algunos detalles de la naturaleza de los estallidos de rayos gamma cortos.
Para muchos científicos, GW170817 es el descubrimiento más importante de LIGO hasta la fecha. El descubrimiento ganó el Premio al Avance del Año en 2017 de la revista Science. Aunque se habló mucho sobre colisiones o fusiones entre dos estrellas de neutrones, esta fue la primera vez que los astrofísicos pudieron observar una. Debido a que también lo observaron tanto en luz electromagnética como en ondas gravitacionales, también fue la primera "observación multi-mensajera entre estas dos formas de radiación", como dice en un comunicado de prensa.
Es en parte una circunstancia que hizo que esto sucediera. GW170817 está bastante cerca de la Tierra en términos astronómicos: a solo 140 millones de años luz de distancia en la galaxia elíptica NGC 4993. Era brillante y fácil de encontrar.
La colisión de las dos estrellas de neutrones causó una kilonova. Se producen cuando dos estrellas de neutrones se fusionan así, o cuando una estrella de neutrones y un agujero negro se fusionan. Una kilonova es aproximadamente 1000 veces más brillante que una nova clásica, que ocurre en un sistema estelar binario cuando una enana blanca y su compañera se fusionan. El brillo extremo de una kilonova es causado por los elementos pesados que se forman después de la fusión, incluido el oro.
La fusión creó un chorro de material que viajaba a una velocidad cercana a la de la luz que hacía difícil ver el resplandor. Aunque el chorro que golpeó el material envolvente es lo que hizo que la fusión fuera tan brillante y fácil de ver, también oscureció el resplandor del evento. Para ver el resplandor, los astrofísicos tuvieron que ser pacientes.
"Para que podamos ver el resplandor, la kilonova tuvo que moverse fuera del camino", dijo Fong. “Ciertamente, unos 100 días después de la fusión, la kilonova se había desvanecido en el olvido y el resplandor crepuscular se hizo cargo. Sin embargo, el resplandor fue tan tenue que dejó a los telescopios más sensibles capturarlo ”.
Ahí es donde entró el Telescopio Espacial Hubble. En diciembre de 2017, Hubble vio la luz visible del resplandor de la fusión. Desde entonces hasta marzo de 2019, Hubble volvió a visitar el resplandor crepuscular 10 veces más. La imagen final fue la más profunda hasta el momento, con el venerable espacio ‘alcance mirando el lugar donde se produjo la fusión durante 7,5 horas. A partir de esta imagen, los astrofísicos sabían que la luz visible finalmente había desaparecido, 584 días después de que las dos estrellas de neutrones se fusionaron.
El resplandor del evento fue clave, y fue tenue. Para verlo y estudiarlo, el equipo detrás del estudio tuvo que eliminar la luz de la galaxia circundante, NGC 4993. La luz galáctica es complicada y, por así decirlo, "infectaría" el resplandor y afectaría los resultados. .
"Para medir con precisión la luz del resplandor crepuscular, hay que quitar toda la otra luz", dijo Peter Blanchard, becario postdoctoral en CIERA y segundo autor del estudio. "El mayor culpable es la contaminación lumínica de la galaxia, que tiene una estructura extremadamente complicada".
Pero ahora tenían 10 imágenes de Hubble del resplandor para trabajar. En estas imágenes, la kilonova desapareció y solo quedó el resplandor. En la imagen final, el resplandor desapareció también. Superpusieron la imagen final sobre las otras 10 imágenes del resplandor posterior, y utilizando un algoritmo eliminaron meticulosamente toda la luz de las imágenes anteriores del Hubble que mostraban el resplandor posterior. Pixel por pixel.
Al final, tuvieron una serie de imágenes a lo largo del tiempo, mostrando solo el resplandor posterior sin ninguna contaminación de la galaxia. La imagen estuvo de acuerdo con las predicciones modeladas, y también es la serie temporal más precisa de imágenes del resplandor posterior del evento.
"La evolución del brillo coincide perfectamente con nuestros modelos teóricos de jets", dijo Fong. "También concuerda perfectamente con lo que nos dicen la radio y los rayos X".
Entonces, ¿qué encontraron en estas imágenes?
En primer lugar, el área donde se fusionaron las estrellas de neutrones no estaba densamente poblada con cúmulos, algo que los estudios previos predijeron debería ser el caso.
"Estudios anteriores han sugerido que los pares de estrellas de neutrones pueden formarse y fusionarse dentro del entorno denso de un cúmulo globular", dijo Fong. "Nuestras observaciones muestran que definitivamente no es el caso de esta fusión de estrellas de neutrones".
Fong también piensa que este trabajo ha arrojado algo de luz sobre los estallidos de rayos gamma. Ella piensa que esas explosiones distantes son en realidad fusiones de estrellas de neutrones como GW170817. Todos producen chorros relativistas, según Fong, es solo que se ven desde diferentes ángulos.
Los astrofísicos generalmente ven estos chorros de explosiones de rayos gamma desde un ángulo diferente al GW170817, generalmente de frente. Pero GW170817 se vio desde un ángulo de 30 grados. Eso nunca antes se había visto en luz óptica.
"GW170817 es la primera vez que hemos podido ver el jet" fuera del eje "", dijo Fong. "La nueva serie temporal indica que la principal diferencia entre GW170817 y las ráfagas distantes de rayos gamma cortos es el ángulo de visión".
Este mes se publicará un artículo que describe estos resultados en Astrophysical Journal Letters. Se titula "El resplandor óptico posterior de GW170817: un chorro estructurado fuera del eje y restricciones profundas sobre un origen de racimo globular". Se puede ver en el enlace de arriba en arxiv.org.
Más:
- Documento de investigación: El resplandor óptico de GW170817: un chorro estructurado fuera del eje y restricciones profundas en un origen de cúmulo globular
- Comunicado de prensa: Afterglow arroja luz sobre la naturaleza, origen de las colisiones de estrellas de neutrones
- LIGO / Virgo: EL Amanecer DE LA ASTROFÍSICA MULTI-MENSAJERO: OBSERVACIONES DE UNA FUSIÓN DE ESTRELLA DE NEUTRÓN BINARIO
