Los científicos del Centro de Excelencia ARC para el Descubrimiento de Ondas Gravitacionales (OzGrav) han descrito una forma de determinar la población de nacimientos de estrellas de neutrones dobles, algunos de los objetos más densos del universo formados en estrellas masivas en colapso. El estudio publicado recientemente observó diferentes etapas de la vida de estos sistemas de estrellas de neutrones.

Los científicos pueden observar la fusión de sistemas de estrellas de neutrones dobles utilizando ondas gravitacionales, ondas en la estructura del espacio y el tiempo. Al estudiar las poblaciones de estrellas de neutrones, los científicos pueden aprender más sobre cómo se formaron y evolucionaron. Hasta aquí, sólo se han detectado dos sistemas de estrellas de neutrones dobles mediante detectores de ondas gravitacionales; sin embargo, muchos de ellos se han observado en radioastronomía.

Una de las estrellas de neutrones dobles observadas en las señales de ondas gravitacionales, llamado GW190425, es mucho más masivo que los de las poblaciones galácticas típicas observadas en radioastronomía, con una masa combinada de 3,4 veces la de nuestro Sol. Esto plantea la pregunta:¿por qué faltan estas estrellas masivas de neutrones dobles en la radioastronomía? Para encontrar una respuesta OzGrav Ph.D. estudiante Shanika Galaudage, de la Universidad de Monash, investigó cómo combinar las observaciones de ondas de radio y gravitacionales.

El nacimiento, la mitad de la vida y la muerte de las estrellas de neutrones dobles

La astronomía de radio y ondas gravitacionales permite a los científicos estudiar estrellas de neutrones dobles en diferentes etapas de su evolución. Las observaciones de radio sondean la vida de las estrellas de neutrones dobles, mientras que las ondas gravitacionales estudian sus momentos finales de vida. Para lograr una mejor comprensión de estos sistemas, de la formación a la fusión, los científicos deben estudiar la conexión entre las poblaciones de ondas de radio y gravitacionales:sus poblaciones de nacimiento.

Shanika y su equipo determinaron la distribución de la masa al nacer de las estrellas de neutrones dobles mediante observaciones de ondas gravitacionales y de radio. "Ambas poblaciones evolucionan a partir de las poblaciones de nacimiento de estos sistemas, así que si miramos hacia atrás en el tiempo al considerar las poblaciones de ondas de radio y gravitacionales que vemos hoy, deberíamos poder extraer la distribución de los nacimientos, "dice Shanika Galaudage.

La clave es comprender la distribución del tiempo de retardo de las estrellas de neutrones dobles:el tiempo entre la formación y la fusión de estos sistemas. Los investigadores plantearon la hipótesis de que los sistemas de estrellas de neutrones dobles más pesados ​​pueden ser sistemas de fusión rápida, lo que significa que se están fusionando demasiado rápido para ser visibles en observaciones de radio y solo se pueden ver en ondas gravitacionales.

GW190425 y el canal de fusión rápida

El estudio encontró un apoyo leve para un canal de rápida fusión, lo que indica que los sistemas de estrellas de neutrones dobles pesados ​​pueden no necesitar un escenario de fusión rápida para explicar la falta de observaciones en las poblaciones de radio. "Descubrimos que GW190425 no es un valor atípico en comparación con la población más amplia de estrellas de neutrones dobles, "dice el coautor del estudio Christian Adamcewicz, de la Universidad de Monash. "Entonces, estos sistemas pueden ser raros, pero no son necesariamente indicativos de una población separada que se fusiona rápidamente ".

En futuras detecciones de ondas gravitacionales, los investigadores pueden esperar observar más fusiones de estrellas de neutrones dobles. "Si las detecciones futuras revelan una mayor discrepancia entre las poblaciones de ondas de radio y gravitacionales, nuestro modelo proporciona una explicación natural de por qué tales estrellas masivas de neutrones dobles no son comunes en las poblaciones de radio, "agrega el coautor, el Dr. Simon Stevenson, investigador postdoctoral de OzGrav en la Universidad Tecnológica de Swinburne.