Espacio

¿Podría LIGO haber detectado una colisión entre estrellas de neutrones?

De confirmarse los rumores, una supuesta fusión entre estrellas de neutrones podría también dar datos adicionales sobre el origen del oro de la galaxia.Thursday, November 9, 2017

Por Nadia Drake
Dos estrellas de neutrones a punto de colisionar generan ondas espacio-temporales a medida que se acercan mientras giran en espiral, como vemos en esta ilustración.

Esta semana, en el auditorio de una reunión sobre astronomía, se podían escuchar emocionantes conversaciones entre científicos a la espera de informes sobre una posible colisión entre dos exóticas estrellas muertas. De confirmarse los rumores, un equipo de científicos podría haber detectado las primeras ondulaciones en el espacio-tiempo producidas por la catastrófica fusión de dos estrellas de neutrones.

Estas ondulaciones, conocidas como ondas gravitacionales, fueron detectadas directamente por primera vez en 2015 por la LIGO Science Collaboration. Dicho fenómeno, junto con dos detecciones más confirmadas, tuvo lugar tras la colisión de dos agujeros negros.

Ahora, es posible que los astrónomos hayan detectado ondas gravitacionales generadas por dos cadáveres estelares que han girado el uno en torno al otro para acabar fusionándose. Además, parece ser que dicha fusión habría dejado una huella cósmica persistente que los equipos de científicos están intentando observar con algunos de los telescopios de más precisión con los que contamos en el cielo.

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El equipo de LIGO y el equipo europeo de Virgo anunciaron el final de la última serie de observaciones en su búsqueda de estas ondulaciones, declarando solamente que habían descubierto algunos «candidatos prometedores a ondas gravitacionales». Todavía tendremos que esperar la confirmación del hallazgo, una vez que los equipos hayan revisado y verificado sus datos.

Mientras tanto, la posibilidad de que LIGO haya detectado cadáveres estelares en los momentos finales de una danza mortal ha planteado preguntas: ¿Cuánto sabemos sobre las estrellas de neutrones y por qué deberían importarnos?

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¿Qué es exactamente una estrella de neutrones?

Como su nombre indica, las estrellas de neutrones están formadas casi enteramente por neutrones o partículas subatómicas sin carga. Se forman cuando una estrella mucho más grande y brillante que el sol agota su suministro de combustible termonuclear y explota creando una violenta supernova. Aunque las capas exteriores de la estrella son expulsadas al espacio, su núcleo colapsa hacia dentro y forma una esfera gigantesca que tiene, como mínimo, la masa de nuestro sol. Estas estrellas, que giran a toda velocidad, son los objetos más compactos después de los agujeros negros. Un solo terrón de azúcar de esta materia pesaría mil millones de toneladas.

¡Madre mía, eso es una locura!

Sí. Pero no es todo, hay más.

Las estrellas de neutrones están muertas en el sentido en que ya no fusionan elementos en sus núcleos, por lo que no brillan como el sol. Sin embargo, esto no significa que descansen en paz. El campo magnético de una estrella de neutrones puede ser más de 1.000 billones de veces más fuerte que el de la Tierra, y su campo gravitacional puede ser 100.000 millones de veces más fuerte. En otras palabras, no te recomendamos acercarte a una de estas cosas si aprecias tu entereza.

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Entonces, si no brillan, ¿cómo podemos verlas?

De varias formas. Las estrellas de neutrones fueron la base de uno de los descubrimientos más famosos en el mundo de la astronomía. Hace 50 años este mes, la entonces estudiante de grado Jocelyn Bell Burnell observó pulsaciones de ondas de radio procedentes de un punto en el cielo. Las pulsaciones constantes llegaban a intervalos iguales, lo que dio lugar a unas primeras especulaciones de que quizá los extraterrestres podrían estar implicados de alguna forma.

Resulta que la culpable de estas era una estrella de neutrones. A medida que giran, algunas estrellas emiten haces de radiación electromagnética. A medida que dichos rayos llegan a la Tierra, aparecen en forma de pulsaciones de ondas de radio. Finalmente, esta emisión de las estrellas de neutrones fue denominada púlsar. Además de ondas de radio, las estrellas de neutrones emiten rayos X, ya que sus superficies son extremadamente calientes, en torno a un millón de grados.

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¿Por qué nos tienen que importar estas estrellas zombies?

Los astrónomos estudian estos objetos astrofísicos tan extraños para poner a prueba algunas ideas fundamentales de la física. Más concretamente, las estrellas de neutrones que colisionan podrían ser los «joyeros cósmicos»  responsables de la elaboración de metales preciosos, como el oro.

Según Enrico Ramirez-Ruiz, de la Universidad de California, Santa Cruz, el proceso sería el siguiente: la colisión entre las estrellas libera un torrente de neutrones que se apilan rápidamente en cualquier núcleo circundante cercano, formando finalmente elementos más pesados que el hierro como el oro, la plata y el platino. Esto se denomina proceso R o de captura rápida de neutrones, y ocurre tanto en las fusiones entre estrellas de neutrones como en la supernovas, aunque se cree que el baile giratorio de los cadáveres estelares es la fuente primaria del oro de la galaxia. Una sola colisión puede generar oro suficiente para igualar la masa de Júpiter.

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¿Cómo llegaron esos metales a la Tierra?

Los materiales estelares preciosos fabricados durante estas fusiones acaban distribuyéndose por el cosmos como los trocitos de chocolate en una galleta, según explica Ramirez-Ruiz. Si otra estrella nace cerca de uno de esos trocitos, ese oro o platino se introduciría en la nube de gas que ha dado lugar a la nueva estrella y se incorporaría de esta manera a dicha estrella y a sus planetas.

Debido a que la joven Tierra era una masa temblorosa y derretida, sus átomos originales de oro se hundieron hasta el núcleo. A continuación, las colisiones de asteroides trajeron más oro, llenando la corteza terrestre del brillante material precioso que transportaban consigo.

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Entonces, ¿por qué nos debería importar detectar una colisión entre estrellas de neutrones?

Una de las razones es que la historia de que sean «joyeros cósmicos» es un poco polémica. Aunque los cálculos físicos encajan, desafían la teoría tradicional de que la mayor parte del oro del universo se ha creado en supernovas.

Si pudiéramos observar a las estrellas de neutrones colisionando en el acto, podría ayudarnos a resolver el debate, porque el proceso R debería poder observarse. Los científicos podrían hacer eso dirigiendo un telescopio con infrarrojos, como el Telescopio Espacial Spitzer, de la NASA, hacia el cataclismo, en busca de señales de formación de elementos. También existe la posibilidad de que una fusión de estrellas de neutrones resuelva el misterio de qué tipo de objeto crea un fenómeno como ese. Podría producir un agujero negro o incluso un tipo efímero de estrella hecho de alguna forma extraña de materia.

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¿Por qué se cree que LIGO ha visto una de estas fusiones?

Sin ampliar mucho el rumor, existen pruebas a disposición del público (aunque circunstanciales) que sugieren que el equipo de LIGO ha detectado una señal de onda gravitacional que también podría ser observable en longitudes de onda electromagética diferentes, que es exactamente lo que debería ocurrir en el caso de una fusión de estrellas de neutrones.

A finales de la semana pasada, los telescopios en el planeta y fuera de este se desplazaron para observar las consecuencias de un breve estallido de rayos gama que se produjo el pasado 17 de agosto en una galaxia llamada NGC 4993. Dicha explosión de rayos gamma, llamada ahora GRB170817A, es algo que se predice que ocurre cuando colisionan dos estrellas de neutrones.

Los registros de observaciones del Telescopio Espacial Hubble y del Observatorio Chandra de Rayos X indican claramente que están persiguiendo una detección de ondas gravitacionales y el GRB 170817A. Varios telescopios del Observatorio Europeo Austral están también buscando en el mismo punto.

Sin embargo, antes de hacer un comunicado oficial, el equipo de LIGO quiere estar tan seguro como sea posible de que la señal de ondas gravitacionales es real y de que el estallido de rayos gamma procede del mismo objeto. Eso lleva su tiempo.

«Queremos tener la oportunidad de realmente entender los datos que hemos recopilado y asegurarnos de que confiamos plenamente en todo aquello que hagamos público», declaró el portavoz de LIGO David Shoemaker, del MIT. «La publicación de información adicional llegados a este punto podría requerir que nos retractemos o que cambiemos los datos en las próximas semanas. ¡Trabajamos todo lo duro y lo rápido que podemos!».

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