La espectacular fusión de dos estrellas de neutrones que generó ondas gravitacionales anunciada el otoño pasado probablemente hizo algo más:dio a luz un agujero negro. Este agujero negro recién engendrado sería el agujero negro de menor masa jamás encontrado.

Un nuevo estudio analizó datos del Observatorio de rayos X Chandra de la NASA tomados en los días, semanas, y meses después de la detección de ondas gravitacionales por el Observatorio de Ondas Gravitacionales del Interferómetro Láser (LIGO) y rayos gamma por la misión Fermi de la NASA el 17 de agosto, 2017.

Si bien casi todos los telescopios a disposición de los astrónomos profesionales observaron esta fuente, conocido oficialmente como GW170817, Los rayos X de Chandra son fundamentales para comprender lo que sucedió después de la colisión de dos estrellas de neutrones.

A partir de los datos de LIGO, los astrónomos tienen una buena estimación de que la masa del objeto resultante de la fusión de estrellas de neutrones es aproximadamente 2,7 veces la masa del Sol. Esto lo pone en la cuerda floja de la identidad, lo que implica que es la estrella de neutrones más masiva jamás encontrada o el agujero negro de menor masa jamás encontrado. Los poseedores de récords anteriores para este último no son menos de aproximadamente cuatro o cinco veces la masa del Sol.

"Si bien las estrellas de neutrones y los agujeros negros son misteriosos, hemos estudiado muchos de ellos en todo el universo utilizando telescopios como Chandra, "dijo Dave Pooley de Trinity University en San Antonio, Texas, quien dirigió el estudio. "Eso significa que tenemos tanto datos como teorías sobre cómo esperamos que dichos objetos se comporten en los rayos X".

Las observaciones de Chandra son reveladoras, no solo por lo que revelaron, pero también por lo que no hicieron. Si las estrellas de neutrones se fusionaran y formaran una estrella de neutrones más pesada, entonces los astrónomos esperarían que girara rápidamente y generara un campo magnético muy fuerte. Esta, Sucesivamente, habría creado una burbuja en expansión de partículas de alta energía que daría como resultado una brillante emisión de rayos X. En lugar de, los datos de Chandra muestran niveles de rayos X que son un factor de unos pocos a varios cientos de veces más bajos de lo esperado para un giro rápido, estrella de neutrones fusionada y la burbuja asociada de partículas de alta energía, lo que implica que probablemente se formó un agujero negro en su lugar.

Si se confirma, este resultado muestra que una receta para hacer un agujero negro a veces puede ser complicada. En el caso de GW170817, habría requerido dos explosiones de supernovas que dejaron dos estrellas de neutrones en una órbita lo suficientemente cerrada para que la radiación de ondas gravitacionales uniera las estrellas de neutrones.

"Es posible que hayamos respondido una de las preguntas más básicas sobre este deslumbrante evento:¿qué hizo?" dijo el coautor Pawan Kumar de la Universidad de Texas en Austin. "Los astrónomos han sospechado durante mucho tiempo que las fusiones de estrellas de neutrones formarían un agujero negro y producirían explosiones de radiación, pero nos faltó un caso sólido hasta ahora ".

Una observación de Chandra dos o tres días después del evento no pudo detectar una fuente, pero observaciones posteriores 9, 15 y 16 días después del evento, resultó en detecciones. La fuente se fue detrás del Sol poco después, pero se observó un mayor brillo en las observaciones de Chandra unos 110 días después del evento, seguido de una intensidad de rayos X comparable después de aproximadamente 160 días.

Al comparar las observaciones de Chandra con las de Karl G. Jansky Very Large Array (VLA) de la NSF, Pooley y sus colaboradores explican que la emisión de rayos X observada se debe completamente a la onda de choque, similar a un estallido sónico de un avión supersónico, de la fusión que se estrella contra el gas circundante. No hay señales de rayos X resultantes de una estrella de neutrones.

Las afirmaciones del equipo de Pooley pueden probarse mediante futuras observaciones de radio y rayos X. Si el remanente resulta ser una estrella de neutrones con un fuerte campo magnético, entonces, la fuente debería volverse mucho más brillante en las longitudes de onda de radio y rayos X en aproximadamente un par de años cuando la burbuja de partículas de alta energía se ponga al día con la onda de choque que se desacelera. Si de hecho es un agujero negro, Los astrónomos esperan que continúe debilitándose, lo que se ha observado recientemente a medida que se debilita la onda de choque.

"GW170817 es el evento astronómico que sigue dando, "dijo J. Craig Wheeler, un coautor del estudio también de la Universidad de Texas. "Estamos aprendiendo mucho sobre la astrofísica de los objetos más densos conocidos de este evento".

Si las observaciones de seguimiento encuentran que una estrella de neutrones pesada ha sobrevivido, tal descubrimiento desafiaría las teorías sobre la estructura de las estrellas de neutrones y cuán masivas pueden llegar a ser.

"Al comienzo de mi carrera, los astrónomos solo podían observar estrellas de neutrones y agujeros negros en nuestra propia galaxia, y ahora estamos observando estas estrellas exóticas a través del cosmos, "dijo el coautor Bruce Gossan de la Universidad de California en Berkeley." Qué momento tan emocionante para estar vivo, ver instrumentos como LIGO y Chandra mostrándonos tantas cosas emocionantes que la naturaleza tiene para ofrecer ".