Esta imagen muestra el brillo de una kilonova causado por la fusión de dos estrellas de neutrones. La kilonova, cuyo brillo máximo alcanza hasta 10, 000 veces mayor que una nova clásica, aparece como un punto brillante (indicado por la flecha) en la esquina superior izquierda de la galaxia anfitriona. Se cree que la fusión de las estrellas de neutrones produjo una magnetar, que tiene un campo magnético extremadamente poderoso. La energía de esa magnetar iluminó el material expulsado por la explosión. Crédito:NASA, ESA, W. Fong (Universidad Northwestern), y T. Laskar (Universidad de Bath, REINO UNIDO)
Hace mucho tiempo y en el otro lado del universo, un enorme estallido de rayos gamma desató más energía en medio segundo de la que producirá el sol durante toda su vida de 10 mil millones de años.
Después de examinar la ráfaga increíblemente brillante con óptica, Radiografía, longitudes de onda del infrarrojo cercano y de radio, un equipo de astrofísica dirigido por la Universidad de Northwestern cree que potencialmente detectó el nacimiento de una magnetar.
Los investigadores creen que la magnetar se formó por la fusión de dos estrellas de neutrones, que nunca antes se había observado. La fusión dio como resultado una kilonova brillante, la más brillante jamás vista, cuya luz finalmente llegó a la Tierra el 22 de mayo. 2020. La luz llegó por primera vez como una explosión de rayos gamma, llamado un estallido corto de rayos gamma.
"Cuando dos estrellas de neutrones se fusionan, el resultado predicho más común es que forman una estrella de neutrones pesada que colapsa en un agujero negro en milisegundos o menos, "dijo Wen-fai Fong de Northwestern, quien dirigió el estudio. "Nuestro estudio muestra que es posible que, para este breve estallido de rayos gamma en particular, el objeto pesado sobrevivió. En lugar de colapsar en un agujero negro, se convirtió en una magnetar:una estrella de neutrones que gira rápidamente y tiene grandes campos magnéticos, vertiendo energía en su entorno circundante y creando el resplandor muy brillante que vemos ".
La investigación ha sido aceptada por The Diario astrofísico y se publicará en línea a finales de este año.
Fong es profesor asistente de física y astronomía en la Facultad de Artes y Ciencias Weinberg de Northwestern y miembro de CIERA (Centro de Exploración e Investigación Interdisciplinaria en Astrofísica). La investigación involucró a dos estudiantes universitarios, tres estudiantes graduados y tres becarios postdoctorales del laboratorio de Fong.
'Se está produciendo un nuevo fenómeno'
Después de que la luz fuera detectada por primera vez por el Observatorio Swift Neil Gehrels de la NASA, Los científicos rápidamente reclutaron otros telescopios, incluido el Telescopio Espacial Hubble de la NASA, el Very Large Array, el W.M. El Observatorio Keck y la red del Telescopio Global del Observatorio Las Cumbres, para estudiar las secuelas de la explosión y su galaxia anfitriona.
El equipo de Fong rápidamente se dio cuenta de que algo no cuadraba.
En comparación con las observaciones de rayos X y radio, la emisión del infrarrojo cercano detectada con el Hubble era demasiado brillante. De hecho, fue 10 veces más brillante de lo previsto.
"A medida que llegaban los datos, estábamos formando una imagen del mecanismo que producía la luz que veíamos, "dijo el co-investigador del estudio, Tanmoy Laskar de la Universidad de Bath en el Reino Unido. "Cuando obtuvimos las observaciones del Hubble, tuvimos que cambiar completamente nuestro proceso de pensamiento, porque la información que agregó Hubble nos hizo darnos cuenta de que teníamos que descartar nuestro pensamiento convencional y que estaba ocurriendo un nuevo fenómeno. Luego tuvimos que averiguar qué significaba eso para la física detrás de estas explosiones extremadamente enérgicas ".
Monstruo magnético
Fong y su equipo han analizado varias posibilidades para explicar el brillo inusual, conocido como un estallido corto de rayos gamma, que vio Hubble. Los investigadores creen que las ráfagas cortas son causadas por la fusión de dos estrellas de neutrones, objetos extremadamente densos sobre la masa del sol comprimidos en el volumen de una gran ciudad como Chicago. Si bien la mayoría de las explosiones cortas de rayos gamma probablemente resulten en un agujero negro, las dos estrellas de neutrones que se fusionaron en este caso pueden haberse combinado para formar una magnetar, una estrella de neutrones supermasiva con un campo magnético muy poderoso.
Esta ilustración muestra la secuencia para formar una kilonova impulsada por magnetar, cuyo brillo máximo alcanza hasta 10, 000 veces la de una nova clásica. 1) Dos estrellas de neutrones en órbita se acercan cada vez más en espiral. 2) Chocan y se fusionan, desencadenando una explosión que libera más energía en medio segundo de la que producirá el Sol durante toda su vida útil de 10 mil millones de años. 3) La fusión forma una estrella de neutrones aún más masiva llamada magnetar, que tiene un campo magnético extraordinariamente poderoso. 4) La magnetar deposita energía en el material expulsado, provocando que brille inesperadamente en longitudes de onda infrarrojas. Crédito:NASA, ESA, y D. Player (STScI)
"Básicamente tienes estas líneas de campo magnético que están ancladas a la estrella y que giran alrededor de 1, 000 veces por segundo, y esto produce un viento magnetizado, "Laskar explicó." Estas líneas de campo giratorio extraen la energía de rotación de la estrella de neutrones formada en la fusión, y depositar esa energía en la eyección de la explosión, haciendo que el material brille aún más ".
"Sabemos que existen magnetares porque los vemos en nuestra galaxia, ", Dijo Fong." Creemos que la mayoría de ellos se forman en la muerte explosiva de estrellas masivas, dejando atrás estas estrellas de neutrones altamente magnetizadas. Sin embargo, es posible que se forme una pequeña fracción en las fusiones de estrellas de neutrones. Nunca hemos visto evidencia de eso antes, y mucho menos en luz infrarroja, haciendo que este descubrimiento sea especial ".
Kilonova extrañamente brillante
Kilonovae, que suelen ser 1, 000 veces más brillante que una nova clásica, se espera que acompañen a breves estallidos de rayos gamma. Único en la fusión de dos objetos compactos, las kilonovas brillan por la desintegración radiactiva de elementos pesados expulsados durante la fusión, produciendo elementos codiciados como oro y uranio.
"Solo tenemos una kilonova confirmada y bien muestreada hasta la fecha, "dijo Jillian Rastinejad, coautor del artículo y estudiante de posgrado en el laboratorio de Fong. "Así que es especialmente emocionante encontrar una nueva kilonova potencial que se ve tan diferente. Este descubrimiento nos dio la oportunidad de explorar la diversidad de kilonovas y sus objetos remanentes".
Si el brillo inesperado visto por Hubble vino de una magnetar que depositó energía en el material kilonova, luego, en algunos años, el material expulsado de la ráfaga producirá luz que se muestra en longitudes de onda de radio. Las observaciones de radio de seguimiento pueden, en última instancia, demostrar que se trataba de una magnetar, conduciendo a una explicación del origen de tales objetos.
"Ahora que tenemos una candidata muy brillante, kilonova, "Rastinejad dijo, "Estoy emocionado por las nuevas sorpresas que nos deparan en el futuro los estallidos cortos de rayos gamma y las fusiones de estrellas de neutrones".
