Imagínese conocer solo a 15 personas en el mundo, y a medida que descubra a más personas, su conocimiento se expande. Los científicos que estudian nuestra galaxia se enfrentan a algo similar a medida que hacen descubrimientos que construyen nuestra comprensión del universo.

Maura McLaughlin y Duncan Lorimer, profesores de física y astronomía en la Universidad de West Virginia, han descubierto un nuevo par de púlsares y han seguido las características de otro nuevo dúo. Su investigación traerá conocimientos sobre la comprensión de cuántos de estos sistemas existen y la velocidad a la que se fusionan en nuestra galaxia.

Spin doctores

Los púlsares son estrellas de neutrones que giran rápidamente, los restos de estrellas masivas que han explotado como supernovas.

Cuando dos púlsares se orbitan entre sí, sus trayectorias pueden ser muy elípticas, al igual que la órbita de Mercurio alrededor del sol, pero la atracción gravitacional entre los dos objetos masivos los acerca gradualmente hasta que se fusionan. La colisión es tan inmensa que envía ondas a través del espacio y el tiempo.

"Estos púlsares se mueven muy rápidamente uno alrededor del otro, "Dijo Lorimer." Tan rápido, De hecho, que están empezando a poner a prueba nuestra comprensión de la gravedad ".

Censo cósmico

Hay 2, 500 púlsares de todo tipo en la Vía Láctea, pero entre ellos, Los sistemas binarios rara vez se encuentran. Los científicos han descubierto solo 15, pero creen que podría haber hasta 100, 000.

McLaughlin y colaboradores de universidades en los EE. UU. Y en el extranjero descubrieron un nuevo sistema binario en una encuesta a largo plazo utilizando el Observatorio de Arecibo en Puerto Rico.

"El descubrimiento de estrellas de neutrones dobles que orbitan entre sí es importante, ", Dijo McLaughlin." Pero nuestro descubrimiento también es extremo en el sentido de que tiene un período orbital corto, haciéndolo potencialmente emocionante para las pruebas de gravedad ".

La órbita binaria de este descubrimiento es de 1,88 horas. Esta es la órbita más corta de cualquier sistema binario de estrellas de neutrones dobles.

Observando sistemas binarios, los científicos logran comprender los extremos, como las densidades y las fuerzas magnéticas, que no ocurren en la Tierra. Este nuevo descubrimiento brinda una nueva comprensión de la Teoría de la Relatividad de Einstein y la comprensión de la gravedad en general.

Fusión masiva

En algunos casos, Las estrellas de neutrones en los sistemas binarios están tan separadas que no se fusionan y no cambiarán significativamente en la separación con el tiempo. Pero en seis de los sistemas, los púlsares se mueven tan rápido y su atracción gravitacional es tan fuerte que eventualmente se fusionarán.

"Se están acercando muy gradualmente, unos pocos milímetros al día entre cada uno de ellos ". Dijo Lorimer." Lo que eso significa es que dentro de 100 millones de años, que no es mucho desde la perspectiva de un astrónomo, colisionarán ".

Entonces, ¿Cuál es el resultado de la fusión de dos estrellas de neutrones?

La fusión de estos dos masivos, Los objetos densos son tan espectaculares como violentos. A medida que su órbita se vuelve más estrecha, terminan destrozándose, perdiendo energía que se emite en forma de ondas gravitacionales.

El otoño pasado, el Observatorio de ondas gravitacionales del interferómetro láser, conocido como LIGO, detectaron directamente ondas gravitacionales de una colisión de dos estrellas de neutrones ubicadas más allá de la Vía Láctea.

Sean McWilliams, profesor asistente de física y astronomía, y Zachariah Etienne, profesor asistente de matemáticas, y varios estudiantes graduados de WVU son parte del equipo de investigación de LIGO.

Al observar la colisión de las estrellas de neutrones, los científicos pueden comprender cuán extrema es la materia, la gravedad extrema y la energía electromagnética interactúan entre sí.

"Los sistemas binarios que los científicos están descubriendo en la Vía Láctea son prototipos de estas fusiones violentas que instrumentos como LIGO están detectando más allá de nuestra galaxia. ", Dijo Lorimer." Hay mucho que podemos aprender de eso ".

Un tipo diferente de telescopio

Los púlsares son extremadamente densos, y mientras giran, emiten rayos de ondas de radio que barren el espacio, como las señales de un faro.

Los científicos usan radiotelescopios, que son instrumentos científicos extremadamente sensibles para detectar esa radiación electromagnética procedente de las profundidades del espacio.

En los datos iniciales, hay poca diferencia entre los púlsares regulares y los sistemas binarios. Pero hay indicios en las mediciones del período de rotación.

"En un sistema binario, normalmente no ve ambos púlsares, porque normalmente solo uno apunta hacia el telescopio, "Dijo Lorimer." Pero ves un período de giro que suele ser mucho más pequeño que un púlsar promedio y varía rápidamente debido a los cambios Doppler y las estrellas de neutrones se orbitan entre sí ".

En la encuesta de Arecibo, el telescopio usó siete cámaras para observar sistemáticamente diferentes parches de cielo en momentos determinados, permitiendo que el instrumento cubra más cielo de lo normal. Durante casi 15 años, la encuesta ha detectado 170 púlsares.

McLaughlin, Lorimer, y el estudiante graduado de WVU, Nihan Pol, dieron seguimiento a otro nuevo sistema binario creado por investigadores del Instituto Max Planck de Radioastronomía en Alemania que utilizó datos de encuestas del Telescopio Parkes en Australia.

Los científicos realizan investigaciones de seguimiento con cada púlsar, pero cuando los investigadores del Instituto Max Planck se dieron cuenta rápidamente de que habían descubierto un nuevo sistema binario, querían realizar mediciones más profundas.

McLaughlin y Lorimer utilizaron datos del Green Bank Telescope para determinar los parámetros aproximados del sistema, como su velocidad orbital, tiempos de llegada y decadencia.

"Tenemos que hacer observaciones de seguimiento sistemáticas y tratar de comprender todo lo que podamos medir sobre estos objetos. Con el tiempo veremos cambios o señales que nos ayudarán a trazar el mapa de la órbita, ", Dijo Lorimer." Es un proceso a largo plazo. Se tarda aproximadamente un año en desentrañar los efectos de la órbita de la Tierra ".

Mirando hacia adelante (y hacia arriba)

Ambos sistemas nos brindan ahora nuevos conocimientos sobre la velocidad a la que se fusionan las estrellas de neutrones dobles.

El sistema descubierto con el Observatorio de Arecibo está en una órbita muy circular, mientras que el sistema descubierto con el Telescopio Parkes es muy excéntrico, órbita de forma ovalada. Conociendo sus propiedades, y las propiedades de otros sistemas, está proporcionando mejores restricciones a la comprensión de los científicos sobre la tasa de fusiones en la Vía Láctea.

McLaughlin, Nihan Pol, y Lorimer están usando esa información para hacer predicciones sobre la tasa esperada de detección de ondas gravitacionales de fusiones de estrellas de neutrones dobles en el Universo Local con LIGO.

Sus estimaciones muestran que LIGO debería descubrir muchas más fusiones de estrellas de neutrones dobles en los próximos años. "Esto nos proporcionará una imagen complementaria de estos eventos energéticos tanto en ondas electromagnéticas como gravitacionales y también nos dará aún más información sobre cómo funciona la gravedad extrema", Dijo McLaughlin.