Los investigadores de ondas gravitacionales de la Universidad de Birmingham han desarrollado un nuevo modelo que promete aportar nuevos conocimientos sobre la estructura y composición de las estrellas de neutrones.

El modelo muestra que las vibraciones, u oscilaciones, dentro de las estrellas se puede medir directamente a partir de la señal de ondas gravitacionales solamente. Esto se debe a que las estrellas de neutrones se deformarán bajo la influencia de las fuerzas de las mareas, haciendo que oscilen a frecuencias características, y estos codifican información única sobre la estrella en la señal de ondas gravitacionales.

Esto hace que la astrosismología, el estudio de las oscilaciones estelares, con ondas gravitacionales de estrellas de neutrones en colisión, sea una nueva herramienta prometedora para sondear la naturaleza elusiva de la materia nuclear extremadamente densa.

Las estrellas de neutrones son los remanentes ultradensos de estrellas masivas colapsadas. Se han observado por miles en el espectro electromagnético y, sin embargo, se sabe poco sobre su naturaleza. Se puede obtener información única midiendo las ondas gravitacionales emitidas cuando dos estrellas de neutrones se encuentran y forman un sistema binario. Primero predicho por Albert Einstein, estas ondas en el espacio-tiempo fueron detectadas por primera vez por el Observatorio de Ondas Gravitacionales del Interferómetro Láser Avanzado (LIGO) en 2015.

Al utilizar la señal de onda gravitacional para medir las oscilaciones de las estrellas de neutrones, los investigadores podrán descubrir nuevos conocimientos sobre el interior de estas estrellas. El estudio se publica en Comunicaciones de la naturaleza .

Dr. Geraint Pratten, del Instituto de Ondas Gravitacionales de la Universidad de Birmingham, es el autor principal del estudio. Explicó:"A medida que las dos estrellas giran una alrededor de la otra, sus formas se distorsionan por la fuerza gravitacional ejercida por su compañero. Esto se vuelve cada vez más pronunciado y deja una huella única en la señal de la onda gravitacional.

"Las fuerzas de marea que actúan sobre las estrellas de neutrones excitan las oscilaciones dentro de la estrella, lo que nos da una idea de su estructura interna. Al medir estas oscilaciones de la señal de la onda gravitacional, podemos extraer información sobre la naturaleza fundamental y la composición de estos misteriosos objetos que de otro modo serían inaccesibles ".

El modelo desarrollado por el equipo permite determinar la frecuencia de estas oscilaciones directamente a partir de las mediciones de ondas gravitacionales por primera vez. Los investigadores utilizaron su modelo en la primera señal de onda gravitacional observada de una fusión de estrellas de neutrones binarios:GW170817.

Coautor principal, Dra. Patricia Schmidt, agregó:"Casi tres años después de que se observaran las primeras ondas gravitacionales de una estrella de neutrones binarios, todavía estamos encontrando nuevas formas de extraer más información sobre ellos a partir de las señales. Cuanta más información podamos recopilar mediante el desarrollo de modelos teóricos cada vez más sofisticados, cuanto más nos acerquemos a revelar la verdadera naturaleza de las estrellas de neutrones ".

Observatorios de ondas gravitacionales de próxima generación planeados para la década de 2030, será capaz de detectar muchas más estrellas de neutrones binarios y observarlas con mucho mayor detalle de lo que es posible actualmente. El modelo elaborado por el equipo de Birmingham hará una contribución significativa a esta ciencia.

"La información de este evento inicial fue limitada, ya que había mucho ruido de fondo que dificultaba el aislamiento de la señal, ", dice el Dr. Pratten." Con instrumentos más sofisticados podemos medir las frecuencias de estas oscilaciones con mucha más precisión y esto debería comenzar a producir algunos conocimientos realmente interesantes ".