Hace dos años, Los científicos del Observatorio de Ondas Gravitacionales del Interferómetro Láser (LIGO) detectaron ondas gravitacionales por primera vez, probando la teoría de la relatividad de Einstein y su predicción de su existencia. Las ondas fueron provocadas por la colisión de dos agujeros negros.

El 17 de agosto 2017, LIGO y el detector Virgo franco-italiano observaron una clase completamente nueva de señal de ondas gravitacionales:una fusión binaria de estrellas de neutrones. Esta fusión y su resplandor fueron estudiados por telescopios que abarcan todo el espectro electromagnético, desde los rayos gamma hasta las ondas de radio.

De fundamental interés tanto para los físicos como para los astrónomos, Las observaciones de ondas gravitacionales han marcado el comienzo de una nueva era de la ciencia. De hecho, Se publicaron tantos artículos científicos sobre la fusión de estrellas de neutrones en un día que los investigadores crearon un índice en línea para realizar un seguimiento de ellos.

Ahora, menos de dos meses después de la primera detección de estrellas de neutrones en colisión, El Instituto Kavli de Física Teórica (KITP) de la UC Santa Bárbara convocó un programa de respuesta rápida para científicos de todo el mundo, apoyado directamente por la Fundación Kavli. Más de 75 físicos y astrónomos discutieron la astrofísica de la fusión de estrellas de neutrones y escucharon docenas de presentaciones que profundizaron en los detalles de este evento revolucionario más reciente.

"La intención de 'GW170817:The First Double Neutron Star Merger' es ampliar la conciencia de los resultados producidos por la vasta colaboración que hizo estos emocionantes descubrimientos, ", dijo el director de KITP, Lars Bildsten, dijo." KITP proporciona un lugar para que los científicos interesados ​​no solo asimilen la gran cantidad de datos generados por el último evento, sino también para impulsar las interpretaciones de esos datos ".

La señal de ondas gravitacionales de agosto produjo la primera medición de distancia a una galaxia cercana a partir de la fusión de dos estrellas de neutrones y exploró la ecuación del estado de la materia en densidades supernucleares. Otras áreas de estudio también surgieron de la profusión de datos electromagnéticos y de ondas gravitacionales, incluida la formación de elementos pesados, así como el estallido de rayos gamma y otras señales electromagnéticas que siguieron a la fusión de estrellas de neutrones.

El origen cósmico de elementos más pesados ​​que el hierro ha sido objeto de mucho debate. Aunque los modelos teóricos muestran que la materia expulsada en una fusión de estrellas de neutrones puede convertirse en oro y platino en un proceso conocido como nucleosíntesis de captura rápida de neutrones (proceso r), este último evento proporciona una sólida observación directa.

"Durante años, la gente ha estado tratando de estudiar cómo se formaron los elementos más pesados ​​al observar rastros de restos fósiles de esos elementos en el sol o en meteoritos, "explicó el astrofísico de UC Berkeley Daniel Kasen, un coordinador del programa KITP. "Finalmente, con este evento tuvimos la muestra pura de elementos pesados ​​expulsados ​​de la fusión de estrellas de neutrones y pudimos sondearla directamente, observacionalmente, mirando la luz del resplandor radiactivo de esos elementos pesados ​​".

Por un numero de años, físicos y astrónomos, muchos de los cuales asistieron a un programa KITP más largo sobre un tema similar en 2012, han estado modelando cómo sería una fusión de estrellas de neutrones dobles. Resulta que muchos modelos de estos fenómenos extremadamente complicados eran asombrosamente precisos.

"Las ondas gravitacionales nos dijeron que se trataba de estrellas de neutrones y las observaciones electromagnéticas nos informaron sobre el espectro de la desintegración radiactiva que produce los elementos del proceso r, "dijo Duncan Brown, Profesor de Física de la Universidad de Syracuse y coordinador principal del programa de respuesta rápida KITP de Charles Brightman. "Pones esos dos juntos y completan nuestro conocimiento del origen de la tabla periódica".

Otro tema candente del programa fue la contraparte electromagnética de la fusión de estrellas de neutrones. El estallido de rayos gamma corrió las ondas gravitacionales 130 millones de años luz a través del universo para ser observado en la Tierra con solo dos segundos de diferencia. Esto demostró que las fusiones de estrellas de neutrones son el origen buscado durante mucho tiempo de los estallidos de rayos gamma. También mostró que, con una precisión extremadamente alta, la velocidad de la gravedad y la velocidad de la luz son las mismas, cuales, según Brown, descarta una gran clase de teorías de la gravedad modificadas.

"Lo que me ha sorprendido son las discusiones sobre los posibles mecanismos de emisión de ráfagas de rayos gamma, ", Dijo Brown." En astronomía de ondas gravitacionales, la teoría se ha adelantado 50 años a las observaciones, mientras que el lado electromagnético es al revés; las observaciones están 50 años por delante de la teoría. Será interesante ver cómo evoluciona esto ".

Los físicos y astrónomos tendrán otra oportunidad de explorar la ciencia de las ondas gravitacionales en un futuro programa KITP programado para 2019. "La Nueva Era de la Física y la Astrofísica de las Ondas Gravitacionales" reunirá a un amplio grupo de expertos para discutir la astrofísica y la física fundamental que se puede aprender de las observaciones disponibles en ese momento, que con suerte será considerable.

LIGO y Virgo están actualizando su instrumentación con la esperanza de que cuando vuelvan a estar en línea en el otoño de 2018 con mayor sensibilidad, sus esfuerzos producirán observaciones adicionales de señales de ondas gravitacionales, quizás de otras fuentes.

"No serán todos iguales en masas o giros y tal vez veamos un agujero negro y una estrella de neutrones chocar entre sí". ", Dijo Brown." Esto es realmente sólo el comienzo de un esfuerzo global para utilizar estas colisiones para estudiar la física fundamental, " astrofísica y evolución estelar ".