La fusión de estrellas de neutrones GW170817 formó un agujero negro


Un nuevo estudio basado en datos de rayos X registrados por el Observatorio de rayos X Chandra de la NASA indica que la fusión de estrellas de neutrones, que se convirtió en una fuente de ondas gravitacionales, GW170817, probablemente creó un agujero negro.

La señal gravitacional GW170817 se detectó por primera vez el 17 de agosto de 2017.

La detección fue realizada por dos detectores del Observatorio de interferometría láser de ondas gravitatorias (LIGO), ubicados en Hanford, Washington, y Livingston, Louisiana. La información proporcionada por un tercer detector llamado Virgo, situado cerca de Pisa, Italia, permitió una mejor localización de este evento cósmico.

La noche siguiente al descubrimiento inicial de GW170817, astrónomos profesionales de todo el mundo comenzaron una búsqueda intensa para localizar el origen del evento.

Lo encontraron en NGC 4993, una galaxia lenticular ubicada a unos 130 millones de años luz de la Tierra en la constelación de Hydra.

Si bien casi todos los telescopios a disposición de los astrónomos observaron la señal gravitacional GW170817, el Observatorio de rayos X Chandra de la NASA es una herramienta fundamentales para comprender lo que sucedió después de la espectacular fusión de dos estrellas de neutrones.

A partir de los datos obtenidos por LIGO, los astrónomos tienen una buena estimación de que la masa del objeto resultante de la fusión de la estrella de neutrones es aproximadamente 2,7 veces la masa del Sol.

Esto lo coloca en una cuerda "floja de identidad"; implica que es la estrella de neutrones más masiva jamás antes encontrada en la historia de la astronomía, o es el agujero negro de menor masa encontrado hasta la fecha. Los poseedores del registro anterior son de aproximadamente 4-5 veces la masa del Sol.

"Si bien las estrellas de neutrones y los agujeros negros son misteriosos, hemos estudiado muchos de ellos en todo el Universo utilizando telescopios como Chandra. Eso significa que tenemos datos y teorías sobre cómo esperamos que dichos objetos se comporten en el espectro de rayos X ", dijo el autor principal, el Dr. Dave Pooley, de la Universidad Trinity en San Antonio, Texas.

Las observaciones de Chandra son reveladoras, no solo por lo que nos mostraron, sino también por todo lo que no dijeron.

Si las estrellas de neutrones se fusionaron y formaron una estrella de neutrones más pesada, los astrónomos esperarían que girara rápidamente y generará un campo magnético muy fuerte. Esto, a su vez, habría creado una burbuja en expansión de partículas de alta energía que daría lugar a una emisión de rayos X brillante.

En cambio, los datos de Chandra muestran niveles de rayos X, que son un factor de unos pocos a varios cientos de veces más bajos que lo esperado en una estrella de neutrones recién fusionada y en su burbuja de partículas de alta energía, lo que sugiere lo evidente: la formación de un agujero negro.

Si se confirma, este resultado mostraría que la "receta" para hacer un agujero negro, puede ser complicada.

En el caso de GW170817, habría requerido dos explosiones de supernova que dejaron como resultado a dos estrellas de neutrones en una órbita suficientemente ajustada para que la radiación de la onda gravitacional uniera las dos estrellas de neutrones.

"Es posible que hayamos respondido una de las preguntas más básicas sobre este deslumbrante evento: ¿qué fue lo que hizo? Los astrónomos han sospechado por mucho tiempo que las fusiones de estrellas de neutrones forman un agujero negro y producen ráfagas de radiación, pero hasta ahora carecíamos de argumentos sólidos, dijo el coautor del estudio, el Dr. Pawan Kumar, de la Universidad de Texas en Austin.

Al comparar las observaciones de Chandra con las del Karl G. Jansky Very Large Array (VLA) de NSF, el equipo explica que la emisión de rayos X observada se debe exclusivamente a la onda de choque de la fusión, que se estrelló contra el gas circundante. No hay signos de rayos X como resultado de una estrella de neutrones.

Las afirmaciones de los investigadores pueden ser probadas por radiografías y observaciones de radio futuras.

Teorias
Si el remanente resulta ser una estrella de neutrones con un campo magnético fuerte, la fuente se volverá mucho más brillante en rayos X y longitudes de onda de radio en aproximadamente un par de años cuando la burbuja de partículas de alta energía alcance la desaceleración de la onda de choque.

Si se trata de un agujero negro, esperan que continúe debilitándose, algo que se ha observado recientemente a medida que la onda de choque se debilita.

"Estamos aprendiendo mucho sobre la astrofísica de los objetos más densos de este evento", dijo el coautor Dr. J. Craig Wheeler, también de la Universidad de Texas.

Si las observaciones de seguimiento encuentran que una estrella de neutrones pesada ha sobrevivido, tal descubrimiento desafiaría las teorías sobre la estructura de las estrellas de neutrones y qué tan masivas pueden ser.

"Al comienzo de mi carrera, los astrónomos solo podían observar estrellas de neutrones y agujeros negros en nuestra propia Galaxia, y ahora estamos observando estas estrellas exóticas en todo el cosmos. Qué tiempos tans emocionantes para estar vivo y poder ver instrumentos como LIGO y Chandra mostrándonos tantas cosas emocionantes que la naturaleza tiene para ofrecer", dijo el coautor Dr. Bruce Gossan, de la Universidad de California en Berkeley.

Referencia del documento científico:
David Pooley et al. 2018. Lo más probable es que GW170817 formó un agujero negro. The Astrophysical Journal Letters, volumen 859, número 2; doi: 10.3847/2041-8213/aac3d6

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