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Colisión de estrellas de neutrones y ondas gravitacionales: el comienzo de una nueva era

Autor
Categoría
Astronomía
Ciencia
Física
Tecnología
Fecha de Publicación
2017/10/16
Temas
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Imagen de portada: ESO/A.J. Levan, N.R. Tanvir
Junte todas las siglas científicas de astronomía y astrofísica que se le ocurran: ESO, VIRGO, LIGO, VLT, ALMA, NASA, ESA, NSF, ANI, RRHH, LTA, MPC... Todas están metidas en esto. Pocas veces se podría reunir tanto cacumen para una aventura científica como esta. Y todo pasó por chiripa en verdad.

¬ŅQu√© sucede?

El observatorio de ondas gravitacionales LIGO ¬ęobserv√≥¬Ľ el 17 de agosto de este a√Īo un tren de ondas gravitacionales. Otro observatorio del mismo tipo, VIRGO, en el pa√≠s de los hermanos Mario Mario y Luigi Mario, hizo lo mismo. El tren de ondas gravitacionales, generado a 130 millones de a√Īos luz de distancia de la Tierra, era el quinto evento del tipo que hab√≠a sido reportado por la colaboraci√≥n LIGO-VIRGO. Aunque, luego de la primera detecci√≥n de ondas gravitacionales eso ya no es tanta novedad (y qu√© bueno que sea as√≠).
¬ŅQu√© tiene esto de especial entonces? Bueno, unos 2 segundos despu√©s de que LIGO-VIRGO observaron el evento gravitacional, otros observatorios tambi√©n notaron el fen√≥meno. Eso s√≠, ¬°estos observatorios no med√≠an ondas gravitacionales!
El Fermi Gamma-ray Space Telescope de la NASA y el INTErnational Gamma Ray Astrophysics Laboratory (INTEGRAL) de la ESA detectaron un pulso muy corto de rayos gamma que provenía de la misma vecindad que el Chavo las ondas gravitacionales anteriormente medidas. THE PLOT THICKENS!!
¬ŅOndas gravitacionales AL MISMO tiempo que rayos gamma? ¬°¬°Es como encontrar alguien de Talca a quien no le gusten los completos mojados!! ¬ŅQu√© cuesti√≥n rara espacial puede generar ambos fen√≥menos al mismo tiempo, se preguntar√° usted mientras mira la tele a color?
No.
Bueno, uno de esos eventos cósmicos es la colisión de dos estrellas de neutrones. Por si no lo recuerda de su fiel Icarito semanal, una estrella de neutrones es el remanente de la explosión de una estrella supergigante masiva luego de hacerse supernova. Lo que deja la ola (?) es un cuesco masivo.
Este cuesco espacial, o estrella de neutrones, tiene caracter√≠sticas f√≠sicas muy particulares. Est√° compuesto mayoritariamente por... (¬Ņadivin√≥?) neutrones, part√≠culas subat√≥micas sin carga el√©ctrica. Y dada su composici√≥n, estas part√≠culas pueden acercarse mucho unas con otras, logrando que su densidad sea enorme. ¬ŅCu√°nto? pues alrededor de 6times10176 \\times 10^{17} kilos por metro bic√ļbico. Eso significa que un cubo de 1 cm de lado (como un cubito de az√ļcar) hecho con la misma densidad de una estrella de neutrones pesar√≠a 6.000.000.000.000.000 kilogramos.
O sea, pasó una socióloga que escribió un ensayo sobre El arco iris de la gravedad de Thomas Pynchon y le gritó a la estrella de neutrones que era demasiado densa.
Una estrella de neutrones t√≠pica tiene el doble de masa que nuestro Sol, pero en una esfera de 25 kil√≥metros de di√°metro. Para que se haga una idea, se estima que en el Sol se concentra entre el 99,75% y el 99,86% de la masa de TODO EL SISTEMA SOLAR. O sea, una estrella de neutrones t√≠pica concentrar√≠a pr√°cticamente el doble de la masa de todo el sistema solar en una esfera del tama√Īo de Santiago (!!!).
Comparativa de objetos masivos.
Entonces, tenemos estas bolas megadensas, con una tremenda gravedad, deambulando por ahí, con todo lo que ser una estrella significa. Y, a veces, lo inevitable ocurre: dos estrellas de neutrones se ven a la distancia y se atraen. Ahí empieza esta historia de amor.
Cuando los objetos estelares se atraen, no hacen como nosotros, los humanos, que vamos directo y le decimos al otro ¬ęHey, te invito a tomar cerveza belga¬Ľ. No: agujeros negros, estrellas de neutrones y, en general, todos los cuerpos masivos se acercan girando y, mientras m√°s se acercan, m√°s r√°pido giran. Es como si un par de gordos se vieran de frente mientras disfrutan del tagad√° (en el parque de diversiones de su playa favorita) y se propusieran ir a darse un beso. Un observador externo (el operador del tagad√°, celoso de tanto amor, por ejemplo), ver√≠a c√≥mo estos sujetos masivos se acercan con los labios en ¬ętrompita¬Ľ, girando en torno al centro. Y mientras m√°s se acercan, el operador aumenta la velocidad tratando de impedir el beso.
Es en este momento en que sus masas y su velocidad de giro forman ondas gravitacionales fuertes, rápidas y detectables. Y ese beso (la colisión final de las estrellas de neutrones), por la energía involucrada, su densidad y su masa, genera cantidades increíbles de energía, que libera de muchas formas: rayos X, ráfagas de rayos gamma, luz visible...
Y oro. Mucho oro y platino.

¬ŅEs esa estaci√≥n espacial el poder definitivo del universo?

Por mucho que le moleste al Grand Moff Tarkin, la Estrella de la Muerte estaba lejos de generar una energía tan destructiva como la colisión de dos estrellas de neutrones. Los chiquillos de Muse tienen una canción que dice así:
I was searching You were on a mission Then our hearts combined like A neutron star collision
Y luego sigue con esas cl√°sicas met√°foras bien cursis del amor: que ser√° para siempre, que si mueren, ser√° juntos, que superar√°n todos los obst√°culos...
Bueno. No sabemos si los chiquillos de Muse cachaban que una colisi√≥n de estrellas de neutrones genera tanta radiaci√≥n de rayos gamma que podr√≠a esterilizar sistemas estelares completos ubicados a mucha distancia. De hecho, el evento es tan poderoso y devastador que en astronom√≠a se le conoce como kilonova (las pobres supernovas parecen petardos al lado). O sea, ¬Ņese amor que es como un choque de estrellas de neutrones alejar√≠a a todo el mundo a su alrededor? Mmm... Quiz√°s la met√°fora no sea tan mala despu√©s de todo.
En fin. Adem√°s de liberar energ√≠a, las colisiones de estrellas de neutrones generan cantidades impresionantes de elementos m√°s pesados que el hierro, como oro y platino, expulsados a velocidades de hasta un quinto de la velocidad de la luz. De hecho, se estima que un solo evento de este tipo podr√≠a generar hasta 10 veces la masa de la luna en oro y dispersarlo por el universo. As√≠ que ya sabe: el oro de ese anillo de matrimonio que lleva en el anular probablemente se cre√≥ en el choque de dos estrellas de neutrones hace millones de a√Īos. Puro bling-bling estelar.
Impreshión artíshtica de una colisión de estrellas de neutrones. (Imagen: ESO/L. Calçada/M. Kornmesser)
Sin embargo, y como usted puede imaginar, la ocurrencia de este tipo de colisiones es extremadamente rara. Tan rara, que haberla detectado fue producto de un increíble azar que parece sacado de un guión de Sábados Gigantes antes de que Don Francis echara a Mandolino.

Nada hacía presagiar lo que ocurriría esa noche

Aquella noche del 17 agosto, el LIGO (EE. UU.) y el Interferómetro Virgo (Italia) captaron las ondas gravitacionales que cruzaban la Tierra. Unos dos segundos después, dos telescopios espaciales (el Fermi, de la NASA, y el INTEGRAL, de la ESA) captaron una ráfaga de rayos gamma provenientes de la misma zona del espacio. Entonces se contactó a varios telescopios ubicados en Chile para que rastrearan esa área.
Por una casualidad incre√≠ble, el telescopio √≥ptico Swope en Chile (un telescopio ni siquiera tan impresionante, de 1 metro, o sea, m√°s o menos del mismo tama√Īo que el telescopio refractor Yerkes, construido en Estados Unidos a fines del siglo XIX) apunt√≥ al cielo a la zona donde est√° la galaxia lenticular NGC 4993, en la constelaci√≥n de la Hidra. El peque√Īo telescopio, operado por la astr√≥noma chilena Natalie Ulloa (a quien entrevistamos en exclusiva en Etilmercurio¬†?), que empez√≥ a funcionar en 1971 y bautizado en honor a la astr√≥noma Henrietta Swope, fue el primero en la historia en observar la luz emitida por una fuente de onda gravitacional.
Una galaxia está compuesta por cientos de miles de millones de estrellas, así que imaginen el brillo que produjo esa colisión como para ser tan visible como una galaxia completa. Para que se hagan una idea, no se había visto algo que alumbrara tanto desde la reunión de institutanos ciclistas veganos del 2015.
La galaxia NGC 4993, a 130 millones de a√Īos-luz de la Tierra. La flecha indica el punto exacto donde explotas al amar se observa la luz emitida por una fuente de onda gravitacional. Click en la imagen para verla en todo su esplendor. (Imagen: ESO)
La galaxia NGC 4993 est√° ubicada a 130 millones de a√Īos luz de nuestro Sol (o sea, el evento ocurri√≥ hace 130 millones de a√Īos y reci√©n ahora nos enteramos). Esto hace que esta sea la fuente de ondas gravitacionales m√°s cercana al sistema solar que hemos detectado hasta ahora, adem√°s de ser una de las r√°fagas de rayos gamma m√°s cercana jam√°s vista (y esperamos que nunca ocurra una demasiado cerca).

¬ŅY por qu√© tanto esc√°ndalo?

Elena Pian, astr√≥noma del INAF (Italia), y autora principal de unos de los papers que se publicar√° en la revista Nature, dice que ¬ęson raras las ocasiones en que un cient√≠fico tiene la suerte de ser testigo de una nueva era en sus inicios. [...] ¬°Esta es una de esas ocasiones!¬Ľ.
Aunque la existencia de las kilonovas se dedujo hace casi 30 a√Īos, esta es la primera vez que se observa una, lo que abrir√° un nuevo cap√≠tulo en la historia de la astronom√≠a. Adem√°s, esta es la primera vez que se puede observar un evento astron√≥mico a partir de medios radicalmente distintos (luz, rayos gamma y ondas gravitacionales). Esta mezcla de medios para la detecci√≥n de un mismo fen√≥meno astron√≥mico se conoce con el nombre de astronom√≠a multi-mensajero.
Bien lo dijo Stefano Covino, primer autor de uno de los papers de la Nature Astronomy: ¬ęLos datos que tenemos hasta ahora son asombrosamente similares a la teor√≠a. Esto es un triunfo para los te√≥ricos, una confirmaci√≥n de que los eventos LIGO-VIRGO son absolutamente reales y un logro para ESO el haber obtenido un set de datos tan asombrosos de la kilonova¬Ľ.
Pero este descubrimiento tiene además una belleza adicional: es un trabajo colaborativo de proporciones (jojojo) astronómicas: observatorios en la Tierra y el espacio, investigadores de todo el mundo compartiendo datos, imágenes y análisis. Un acuerdo de secreto absoluto hasta que se confirmaran los hechos y se preparara una conferencia de prensa casi dos meses después de las observaciones...
Sí, quizás no es algo TAN popular como lo sería el descubrimiento de vida fuera de la Tierra. Y quizás usted pensará que hay que ser demasiado nerd para entusiasmarse con un fenómeno astronómico ocurrido hace mucho tiempo, en una galaxia lejana, muy lejana. Pero así es la ciencia la mayor parte del tiempo. Lo fascinante es que cada uno de estos aportes nos da nuevas claves para entender el funcionamiento del universo y cómo es posible que existamos.
Además, la próxima vez que regale una joya de oro podrá lucirse contando que unas estrellas de neutrones tuvieron que chocar y morir en una explosión colosal para que se creara ese metal.