Se ha escrito oficialmente el capítulo final de la detección histórica de la poderosa fusión de dos estrellas de neutrones en 2017. Después de que el estallido extremadamente brillante finalmente se desvaneció a negro, un equipo internacional dirigido por la Universidad Northwestern construyó minuciosamente su resplandor, la última parte del ciclo de vida del famoso evento.

La imagen resultante no solo es la imagen más profunda del resplandor crepuscular de la colisión de la estrella de neutrones hasta la fecha, también revela secretos sobre los orígenes de la fusión, el chorro que creó y la naturaleza de los estallidos de rayos gamma más cortos.

"Esta es la exposición más profunda que jamás hayamos tenido de este evento en luz visible, "dijo Wen-fai Fong de Northwestern, quien dirigió la investigación. "Cuanto más profunda es la imagen, cuanta más información podamos obtener ".

El estudio se publicará este mes en The Cartas de revistas astrofísicas . Fong es profesor asistente de física y astronomía en la Facultad de Artes y Ciencias Weinberg de Northwestern y miembro de CIERA (Centro de Exploración e Investigación Interdisciplinaria en Astrofísica), un centro de investigación dotado en Northwestern enfocado en el avance de los estudios con énfasis en las conexiones interdisciplinarias.

Muchos científicos consideran la fusión de estrellas de neutrones de 2017, apodado GW170817, como el descubrimiento más importante de LIGO (Observatorio de ondas gravitacionales con interferómetro láser) hasta la fecha. Fue la primera vez que los astrofísicos capturaron dos estrellas de neutrones chocando. Detectado tanto en ondas gravitacionales como en luz electromagnética, también fue la primera observación de múltiples mensajeros entre estas dos formas de radiación.

Se detectó la luz de GW170817, parcialmente, porque estaba cerca, haciéndolo muy brillante y relativamente fácil de encontrar. Cuando las estrellas de neutrones chocaron, emitieron una kilonova, luz 1, 000 veces más brillante que una nova clásica, resultante de la formación de elementos pesados ​​tras la fusión. Pero fue exactamente este brillo el que hizo su resplandor crepuscular, formado a partir de un chorro que viajaba cerca de la velocidad de la luz, golpeando el entorno circundante, tan difícil de medir.

"Para que veamos el resplandor crepuscular, la kilonova tuvo que moverse fuera del camino, "Dijo Fong." Seguramente, unos 100 días después de la fusión, la kilonova se había desvanecido en el olvido, y el resplandor se hizo cargo. El resplandor fue tan tenue sin embargo, dejándolo a los telescopios más sensibles para capturarlo ".

Hubble al rescate

A partir de diciembre de 2017, El telescopio espacial Hubble de la NASA detectó el resplandor de luz visible de la fusión y volvió a visitar la ubicación de la fusión 10 veces más en el transcurso de un año y medio.

El cuadro indica dónde se encontraba el resplandor ahora desvaído.

A finales de marzo de 2019, El equipo de Fong utilizó el Hubble para obtener la imagen final y la observación más profunda hasta la fecha. En el transcurso de siete horas y media, el telescopio registró una imagen del cielo desde donde ocurrió la colisión de la estrella de neutrones. La imagen resultante mostró, 584 días después de la fusión de estrellas de neutrones, que la luz visible que emanaba de la fusión finalmente había desaparecido.

Próximo, El equipo de Fong necesitaba eliminar el brillo de la galaxia circundante, para aislar el resplandor extremadamente tenue del evento.

"Para medir con precisión la luz del resplandor, tienes que quitar todas las demás luces, "dijo Peter Blanchard, becario postdoctoral en CIERA y segundo autor del estudio. "El mayor culpable es la contaminación lumínica de la galaxia, que tiene una estructura extremadamente complicada ".

Fong, Blanchard y sus colaboradores abordaron el desafío utilizando las 10 imágenes, en el que la kilonova se había ido y el resplandor quedaba así como el final, imagen profunda del Hubble sin rastros de la colisión. El equipo superpuso su imagen profunda del Hubble en cada una de las 10 imágenes de resplandor crepuscular. Luego, usando un algoritmo, restaron meticulosamente, píxel a píxel, toda la luz de la imagen del Hubble de las imágenes de resplandor anteriores.

El resultado:una serie temporal final de imágenes, mostrando el tenue resplandor sin contaminación lumínica de la galaxia de fondo. Completamente alineado con las predicciones del modelo, es la serie temporal de imágenes más precisa del resplandor de luz visible de GW170817 producida hasta la fecha.

"La evolución del brillo coincide perfectamente con nuestros modelos teóricos de chorros, "Dijo Fong." También concuerda perfectamente con lo que nos dicen la radio y los rayos X ".

Información esclarecedora

Con la imagen del espacio profundo del Hubble, Fong y sus colaboradores obtuvieron nuevos conocimientos sobre la galaxia de origen de GW170817. Quizás lo más sorprendente, notaron que el área alrededor de la fusión no estaba densamente poblada por cúmulos estelares.

"Estudios anteriores han sugerido que los pares de estrellas de neutrones pueden formarse y fusionarse dentro del denso entorno de un cúmulo globular, ", Dijo Fong." Nuestras observaciones muestran que definitivamente ese no es el caso de esta fusión de estrellas de neutrones ".

Según la nueva imagen, Fong también cree que distante, Las explosiones cósmicas conocidas como estallidos cortos de rayos gamma son en realidad fusiones de estrellas de neutrones, vistas desde un ángulo diferente. Ambos producen chorros relativistas, que son como una manguera contra incendios de material que viaja cerca de la velocidad de la luz. Los astrofísicos suelen ver chorros de ráfagas de rayos gamma cuando se apuntan directamente, como mirar directamente a la manguera de incendios. Pero GW170817 se vio desde un ángulo de 30 grados, que nunca antes se había hecho en la longitud de onda óptica.

"GW170817 es la primera vez que hemos podido ver el chorro 'fuera del eje, ", Dijo Fong." La nueva serie de tiempo indica que la principal diferencia entre GW170817 y los estallidos de rayos gamma cortos y distantes es el ángulo de visión ".