La impresión de este artista muestra dos estrellas de neutrones diminutas pero muy densas en el punto en el que se fusionan y explotan como una kilonova. Se espera que un evento tan raro produzca tanto ondas gravitacionales como un estallido corto de rayos gamma, ambos fueron observados el 17 de agosto de 2017 por LIGO-Virgo y Fermi / INTEGRAL respectivamente. Las observaciones detalladas posteriores con muchos telescopios de ESO confirmaron que este objeto, visto en la galaxia NGC 4993 a unos 130 millones de años luz de la Tierra, es de hecho una kilonova. Estos objetos son la principal fuente de elementos químicos muy pesados, como el oro y el platino, En el universo. Crédito:ESO / L. Calçada / M. Kornmesser
Por primera vez, Los científicos han sido testigos del choque catastrófico de dos estrellas de neutrones ultradensas en una galaxia muy lejana. y concluyó que tales impactos forjaron al menos la mitad del oro del Universo.
Las ondas de choque y los destellos de luz de la colisión viajaron unos 130 millones de años luz para ser capturados por detectores terrestres el 17 de agosto. equipos entusiasmados revelaron en conferencias de prensa celebradas en todo el mundo el lunes cuando se publicaron una docena de artículos científicos relacionados en las principales revistas académicas.
"Fuimos testigos de la historia que se desarrollaba frente a nuestros ojos:dos estrellas de neutrones acercándose, más cerca ... girando más y más rápido uno alrededor del otro, luego chocan y esparcen escombros por todo el lugar, ", dijo a la AFP el co-descubridor Benoit Mours, del instituto de investigación CNRS de Francia.
La innovadora observación resolvió una serie de acertijos de física y envió ondas de emoción a través de la comunidad científica.
Lo más asombroso para muchos, los datos finalmente revelaron dónde gran parte del oro, platino, uranio, de donde provienen el mercurio y otros elementos pesados del Universo.
Los telescopios vieron evidencia de material recién forjado en la lluvia, dijeron los equipos, una fuente sospechosa desde hace mucho tiempo, ahora confirmado.
"Deja bastante claro que una fracción significativa, tal vez la mitad, quizás más, de los elementos pesados en el Universo son en realidad producidos por este tipo de colisión, "dijo el físico Patrick Sutton, miembro del Observatorio de Ondas Gravitacionales del Interferómetro Láser (LIGO), con sede en EE. UU., que contribuyó al hallazgo.
Las estrellas de neutrones son las condensadas, núcleos quemados que permanecen cuando las estrellas masivas se quedan sin combustible, explotar, y muere.
Por lo general, unos 20 kilómetros (12 millas) de diámetro, pero con mas masa que el sol, son altamente radiactivos y ultra densos:un puñado de material de uno pesa tanto como el Monte Everest.
Una imagen de Swope Supernova Survey 2017a (o SSS17a) de la noche del descubrimiento. El 17 de agosto un equipo de cuatro astrónomos de Carnegie proporcionó el primer vistazo de dos estrellas de neutrones colisionando, abriendo la puerta a una nueva era de la astronomía. Crédito:Tony Piro.
'Muy hermoso'
Se había teorizado que la fusión de dos cuerpos tan exóticos crearía ondas en el tejido del espacio-tiempo conocidas como ondas gravitacionales. así como destellos brillantes de radiación de alta energía llamados estallidos de rayos gamma.
El 17 de agosto los detectores presenciaron ambos fenómenos, 1,7 segundos de diferencia, viniendo del mismo lugar en la constelación de Hydra.
"En cuestión de minutos, nos quedó claro que teníamos una detección de estrellas de neutrones binarios, "dijo David Shoemaker, otro miembro de LIGO, que tiene detectores en Livingston, Luisiana y Hanford, Washington.
"Las señales eran demasiado hermosas para ser otra cosa que eso, ", dijo a la AFP.
La observación fue el fruto de años de trabajo de miles de científicos en más de 70 observatorios terrestres y espaciales en todos los continentes.
Junto con LIGO, Incluyen equipos del detector de ondas gravitacionales Virgo de Europa en Italia, y varios telescopios terrestres y espaciales, incluido el Hubble de la NASA.
"Este evento marca un punto de inflexión en la astronomía observacional y conducirá a un tesoro de resultados científicos, "dijo Bangalore Sathyaprakash de la Facultad de Física y Astronomía de la Universidad de Cardiff, recordando "lo más emocionante de mi vida científica".
"Es tremendamente emocionante experimentar un evento raro que transforma nuestra comprensión del funcionamiento del Universo, "añadió France Cordova, director de la National Science Foundation que financia LIGO.
La detección es otra pluma en el gorro para el físico alemán Albert Einstein, quien predijo por primera vez ondas gravitacionales hace más de 100 años.
El equipo de UC Santa Cruz encontró SSS17a comparando una nueva imagen de la galaxia N4993 (derecha) con imágenes tomadas cuatro meses antes por el Telescopio Espacial Hubble (izquierda). Las flechas indican dónde estaba ausente SSS17a de la imagen del Hubble y visible en la nueva imagen del Telescopio Swope. Crédito:Créditos de la imagen:Izquierda, Hubble / STScI; Derecha, Equipo 1M2H / Observatorios UC Santa Cruz y Carnegie / Ryan Foley
Algo 'fundamental'
Tres pioneros de LIGO, Barry Barish, Kip Thorne y Rainer Weiss, fueron galardonados con el Premio Nobel de Física este mes por la observación de ondas gravitacionales, sin el cual el último descubrimiento no habría sido posible.
Las ondas se han observado cuatro veces antes, la primera vez por LIGO en septiembre de 2015. Las cuatro fueron de fusiones de agujeros negros, que son incluso más violentos que los choques de estrellas de neutrones, pero no emiten luz.
La quinta y última detección fue acompañada por un estallido de rayos gamma que, según los científicos, provenía de más cerca del Universo y era menos brillante de lo esperado.
"Lo que este evento nos está diciendo es que puede haber muchas más de estas breves explosiones de rayos gamma en las cercanías del Universo de lo que esperábamos, ", Dijo Sutton, una perspectiva emocionante para los científicos que esperan descubrir más secretos del Universo.
Entre otras cosas, Se espera que los datos de las colisiones de estrellas de neutrones permitan el cálculo definitivo de la velocidad a la que se expande el cosmos. que a su vez nos dirá cuántos años tiene y cuánta materia contiene.
"Con estas observaciones no solo estamos aprendiendo qué sucede cuando las estrellas de neutrones chocan, también estamos aprendiendo algo fundamental sobre la naturaleza del Universo, "dijo Julie McEnery del proyecto del telescopio espacial de rayos gamma Fermi.
Estrella de neutrones aplasta el 'descubrimiento de su vida'
"Verdaderamente un momento eureka", "Todo lo que siempre esperé", "Un sueño hecho realidad":los científicos normalmente limitados se acercaron a las estrellas el lunes para describir los sentimientos que acompañan a un evento "único en la vida".
El detonante de esta lluvia de superlativos fue la destrucción de dos estrellas de neutrones inimaginablemente densas hace 130 millones de años.
La evidencia de este choque cósmico atravesó el espacio y llegó a la Tierra el 17 de agosto exactamente a las 12:41 GMT. poniendo en marcha un secreto, insomne, Blitzkrieg de semanas de observación de estrellas y cálculo de números en el que participaron cientos de telescopios y miles de astrónomos y astrofísicos de todo el mundo.
Era como si una red latente de superespías entrara en acción simultáneamente.
El aplastamiento estelar se dio a conocer de dos maneras:creó ondas llamadas ondas gravitacionales en el continuo espacio-tiempo de Einstein, e iluminó todo el espectro electromagnético de luz, desde los rayos gamma hasta las ondas de radio.
Los científicos habían detectado ondas gravitacionales cuatro veces antes, una hazaña reconocida con un Premio Nobel de Física a principios de este mes.
Pero cada uno de esos eventos, generado por la colisión de agujeros negros, duró solo unos segundos, y permaneció invisible para los telescopios terrestres y espaciales.
La colisión de la estrella de neutrones fue diferente.
Generaba ondas gravitacionales, recogidas por dos observatorios con sede en EE. UU. Conocidos como LIGO, y otro en Italia llamado Virgo, que duró unos asombrosos 100 segundos. Menos de dos segundos después, un satélite de la NASA registró una ráfaga de rayos gamma.
Concepto artístico de la colisión explosiva de dos estrellas de neutrones. Crédito:Robin Dienel cortesía de Carnegie Institution for Science.
Un verdadero momento 'eureka'
Esto desencadenó una carrera loca para localizar lo que era casi con certeza la única fuente para ambos.
"Es la primera vez que observamos un evento astrofísico cataclísmico en ondas gravitacionales y electromagnéticas, "dijo el director ejecutivo de LIGO, David Reitze, profesor del Instituto de Tecnología de California (Caltech) en Pasadena
Los cálculos iniciales habían reducido la zona a un parche de cielo en el hemisferio sur que abarca cinco o seis galaxias, pero los astrónomos frustrados tuvieron que esperar a que anocheciera para continuar la búsqueda.
Finalmente, alrededor de las 2200 GMT, un conjunto de telescopios en el desierto del norte de Chile lo logró:la fusión estelar había tenido lugar en una galaxia conocida como NGC 4993.
Stephen Smartt, quien dirigió las observaciones para el Telescopio de Nueva Tecnología del Observatorio Espacial Europeo, quedó atónito cuando el espectro iluminó sus pantallas. "Nunca había visto algo así, " él recordó.
Los científicos de todo el mundo quedaron atónitos.
"Este evento fue verdaderamente un momento eureka, "dijo Bangalore Sathyaprakash, jefe del Grupo de Física Gravitacional de la Universidad de Cardiff. "Las 12 horas que siguieron son sin duda las más emocionantes de mi vida científica".
"Hay raras ocasiones en las que un científico tiene la oportunidad de presenciar el comienzo de una nueva era; este es uno de esos momentos, "dijo Elena Pian, astrónomo del Instituto Nacional de Astrofísica de Roma.
Los astrónomos afiliados a LIGO en Caltech habían pasado décadas preparándose para la remota posibilidad, calculada en 80, Probabilidades de 000 a uno:de presenciar una fusión de estrellas de neutrones.
No le digas a tus amigos
"Esa mañana, todos nuestros sueños se hicieron realidad, "dijo Alan Weinstein, jefe de análisis de datos astrofísicos de LIGO en Caltech.
"Este descubrimiento fue todo lo que siempre esperé, empaquetado en un solo evento, "añadió Francesco Pannarale, astrofísico de la Universidad de Cardiff en Gales.
Para estos y miles de otros científicos, GW170817, la etiqueta de la explosión de la estrella de neutrones, se convertirá en un "¿recuerdas dónde estabas?" tipo de momento.
"Estaba sentado en la silla de mi dentista cuando recibí el mensaje de texto, "dijo Benoit Mours, astrofísico del Centro Nacional de Investigación de Francia y coordinador francés de Virgo. "Salté y corrí a mi laboratorio".
Patrick Sutton, jefe del grupo de física gravitacional en Cardiff y miembro del equipo LIGO, estaba atascado en un autobús de larga distancia, luchando por descargar cientos de correos electrónicos llenando su bandeja de entrada.
Una comparación de imágenes de Swope Supernova Survey 2017a (o SSS17a) de la noche del descubrimiento, 17 de agosto y cuatro noches después, 21 de agosto. Crédito:Tony Piro.
Los rumores se arremolinaban dentro y más allá de la comunidad astronómica mientras los científicos se apresuraban a preparar los hallazgos iniciales para su publicación el lunes en una docena de artículos distribuidos en varias de las principales revistas del mundo.
"Ha habido bastantes pintas y vasos de vino o champán, en privado, por supuesto, porque no nos han permitido contárselo a nadie, Sutton dijo a la AFP.
Pero no pudo resistirse a decirle a su hijo de 12 años, un aspirante a físico.
"Sin embargo, ha jurado guardar el secreto. No tiene permitido contárselo a sus amigos".
LIGO y Virgo:las máquinas que desvelan los misterios del universo
Las tres máquinas que permitieron a los científicos vislumbrar por primera vez ondas gravitacionales resultantes de una colisión de estrellas de neutrones son los detectores más avanzados jamás construidos para detectar pequeñas vibraciones en el universo.
Los detectores LIGO y Virgo han detectado previamente el "chirrido" de los agujeros negros que se fusionan en el universo distante, enviando ondas en el tejido del espacio y el tiempo.
La detección de estas ondas gravitacionales por primera vez en 2015 confirmó la teoría centenaria de la relatividad general de Albert Einstein.
Los dos detectores subterráneos con sede en EE. UU. Se conocen como el Observatorio de ondas gravitacionales del interferómetro láser, o LIGO para abreviar.
Uno se encuentra en Hanford, Washington; el otro 1, 800 millas (3, 000 kilómetros) de distancia en Livingston, Luisiana.
La construcción comenzó en 1999, y se tomaron observaciones de 2001 a 2007.
Luego se sometieron a una mejora importante para hacerlos 10 veces más poderosos.
Los detectores avanzados LIGO entraron en pleno funcionamiento por primera vez en septiembre de 2015.
El 14 de septiembre 2015, el detector en Luisiana recogió por primera vez la señal de una onda gravitacional, originado hace 1.3 mil millones de años en el cielo del sur.
Virgo
El tercer detector subterráneo está cerca de Pisa, Italia, y se conoce como Virgo.
Construido hace un cuarto de siglo por una asociación franco-italiana, el detector Virgo terminó su ronda inicial de observaciones en 2011 y luego se sometió a una actualización.
Advanced Virgo entró en línea en abril de este año, e hizo su primera observación de ondas gravitacionales el 14 de agosto, marcando el cuarto evento de este tipo que los científicos han observado desde 2015.
Virgo es menos sensible que LIGO, pero tener tres detectores ayuda a los científicos a concentrarse en el área del universo donde está ocurriendo un evento cósmico, y medir la distancia con mayor precisión.
"Un área de búsqueda más pequeña permite observaciones de seguimiento con telescopios y satélites para eventos cósmicos que producen ondas gravitacionales y emisiones de luz, como la colisión de estrellas de neutrones, ", dijo Laura Cadonati, profesora de Georgia Tech.
Cómo trabajan ellos
Estos enormes interferómetros láser, cada uno de unos cuatro kilómetros de largo, están enterrados bajo tierra para permitir las mediciones más precisas.
Los instrumentos en forma de L rastrean ondas gravitacionales utilizando la física de la luz láser y el espacio.
No dependen de la luz del cielo como lo hace un telescopio.
Bastante, sienten las vibraciones en el espacio, una ventaja que les permite descubrir las propiedades de los agujeros negros y las estrellas de neutrones.
"A medida que una onda gravitacional se propaga a través del espacio, se extiende el espacio-tiempo, "explicó David Shoemaker, líder del proyecto Advanced LIGO en el Instituto de Tecnología de Massachusetts (MIT).
El detector en breve, "es solo un gran dispositivo para transformar la tensión en el espacio en una señal eléctrica".
Una forma de imaginar la curvatura del espacio y el tiempo es imaginar una pelota cayendo sobre un trampolín.
El trampolín se inclina primero hacia abajo, estirando la tela verticalmente y acortando los lados.
Luego, cuando la pelota rebota hacia arriba de nuevo, el movimiento horizontal de la tela se vuelve a expandir.
El instrumento actúa como un transductor, cambiando esa tensión en cambios de luz y luego en una señal electrónica para que los científicos puedan digitalizarla y analizarla.
"La luz del láser tiene que viajar en el vacío para que no se vea perturbada por todas las fluctuaciones del aire, "dijo Zapatero, señalando que LIGO contiene el "sistema de alto vacío más grande del mundo, ":Mide 1,2 metros (yardas) por 2,5 millas (cuatro kilómetros) de largo.
Los detectores contienen dos brazos muy largos que contienen instrumentos ópticos para doblar la luz, y se colocan como la letra L.
Si un brazo se acorta, y el otro se alarga, los científicos saben que están viendo una onda gravitacional.
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