Impresión artística del chorro de material lanzado tras la fusión de las dos estrellas de neutrones. Crédito:© Katharina Immer (JIVE)
Un equipo de investigación internacional que incluye astrónomos del Instituto Max Planck de Radioastronomía en Bonn, Alemania, ha combinado radiotelescopios de los cinco continentes para demostrar la existencia de una estrecha corriente de material, un llamado jet, emergiendo del único evento de ondas gravitacionales que involucra a dos estrellas de neutrones jamás observado. Con su alta sensibilidad y excelente rendimiento, el radiotelescopio de 100 metros en Effelsberg jugó un papel importante en las observaciones.
En agosto de 2017, se observaron dos estrellas de neutrones chocando, produciendo ondas gravitacionales que fueron detectadas por los detectores americanos LIGO y europeos Virgo. Las estrellas de neutrones son estrellas ultra densas, aproximadamente la misma masa que el Sol, pero similar en tamaño a una ciudad como Colonia. Este evento es el primero y único de este tipo que se ha observado hasta ahora, y sucedió en una galaxia a 130 millones de años luz de la Tierra, en la constelación de Hydra.
Los astrónomos observaron el evento y la posterior evolución en todo el espectro electromagnético. de rayos gamma, Rayos X a luz visible y ondas de radio. Doscientos días después de la fusión, observaciones combinando radiotelescopios en Europa, África, Asia, Oceanía, y América del Norte demostró la existencia de un jet emergiendo de esta violenta colisión. Estos hallazgos ahora se publican en la revista científica. Ciencias por un equipo internacional de astrónomos, dirigido por Giancarlo Ghirlanda del Instituto Nacional Italiano de Astrofísica (INAF).
Esta fusión de estrellas de neutrones representó el primer caso en el que fue posible asociar una detección de ondas gravitacionales a un objeto que emite luz. El evento ha confirmado teorías científicas que han estado en discusión durante decenas de años, y la asociación de fusiones de estrellas de neutrones con una de las explosiones más poderosas del universo:estallidos de rayos gamma. Después de la fusión, una gran cantidad de material fue expulsado al espacio, formando un caparazón alrededor del objeto. Los astrónomos han estado rastreando su evolución en diferentes longitudes de onda. Sin embargo, Aún quedaban algunas cuestiones pendientes relativas a este evento que no pudieron ser aclaradas por ninguna observación anterior.
Imagen de la fuente obtenida de la combinación de treinta y tres radiotelescopios de los cinco continentes. La fuente se puede ver en el centro de la imagen como un punto rojo (imagen en falso color hecha completamente para ilustración). Crédito:© Giancarlo Ghirlanda / Science
"Esperábamos que parte del material fuera expulsado a través de un chorro colimado, pero no estaba claro si este material podría atravesar con éxito el caparazón circundante, "explica Ghirlanda." Había dos escenarios en competencia:en un caso, el chorro no puede atravesar el caparazón, en su lugar, genera una burbuja en expansión alrededor del objeto. En el otro, el chorro tiene éxito en penetrar el caparazón y luego se propaga más en el espacio, "expande Tiziana Venturi (INAF). Solo la adquisición de imágenes de radio muy sensibles con muy alta resolución descartaría un escenario u otro. Esto requería el uso de una técnica conocida como interferometría de línea de base muy larga (VLBI) que permite a los astrónomos combinar radio telescopios alrededor de la Tierra.
Los autores de esta publicación realizaron observaciones globales en la dirección de la fusión el 12 de marzo de 2018 utilizando treinta y tres radiotelescopios de la Red europea VLBI (que conecta telescopios de España, el Reino Unido, Los países bajos, Alemania, Italia, Suecia, Polonia, Letonia Sudáfrica, Rusia, y China), e-MERLIN en el Reino Unido, el Australian Long Baseline Array en Australia y Nueva Zelanda, y el Very Long Baseline Array en EE. UU.
"Nuestro radiotelescopio de 100 m en Effelsberg participó en las observaciones y fue un elemento clave, debido a su alta sensibilidad y excelente rendimiento, "dice Carolina Casadio, miembro del equipo de investigación del Instituto Max Planck de Radioastronomía (MPIfR).
Impresión artística de un chorro que se desprende del material expulsado por la fusión de estrellas de neutrones. El chorro es producido por el agujero negro, rodeado de un disco caliente, que se formó después de la fusión. Crédito:O.S. Salafia, G. Ghirlanda, NASA / CXC / GSFC / B. Williams y col.
Los datos de todos los telescopios se enviaron a JIVE, Los países bajos, donde se utilizaron las técnicas de procesamiento más avanzadas para producir una imagen con una resolución comparable a la resolución de una persona en la superficie de la Luna. En la misma analogía, la burbuja en expansión aparecería con un tamaño aparente equivalente a un camión en la Luna, mientras que un chorro exitoso se detectaría como un objeto mucho más compacto. "Comparando las imágenes teóricas con las reales, encontramos que solo un chorro podría parecer lo suficientemente compacto para ser compatible con el tamaño observado, "explica Om Sharan Salafia del INAF en Italia. El equipo determinó que este chorro contenía tanta energía como la producida por todas las estrellas de nuestra galaxia durante un año". Y toda esa energía estaba contenida en un tamaño menor a un año luz, "dice Zsolt Paragi, también de JIVE.
"Dentro de Europa utilizamos el consorcio RadioNet para un uso eficiente de los radiotelescopios de nuestros miembros. Las observaciones aquí descritas combinan observatorios de radio en toda Europa y en todo el mundo. Requieren un esfuerzo bien coordinado de los observatorios e instituciones colaboradores para lograr tan emocionante resultados "explica Anton Zensus, Director de MPIfR y coordinador del consorcio RadioNet.
En los próximos años, Se descubrirán muchas más de estas fusiones binarias de estrellas de neutrones. "Los resultados obtenidos también sugieren que más del 10 por ciento de todas estas fusiones deberían exhibir un jet exitoso, "explica Benito Marcote de JIVE." Este tipo de observaciones nos permitirá develar los procesos que tienen lugar durante y después de algunos de los eventos más poderosos del universo, ", concluye Sándor Frey del Observatorio Konkoly en Hungría.
