Integral detecta una explosión con ondas gravitacionales
El satélite Integral de la ESA ha tenido un papel clave en el descubrimiento de un brote de rayos gamma relacionado con las ondas gravitacionales liberadas por la colisión de dos estrellas de neutrones.
El 17 de agosto, un destello de rayos gamma iluminó el espacio durante casi dos segundos. En seguida fue registrado por Integral y por el satélite Fermi de la NASA.
Estos brotes cortos de rayos gamma son comunes: Integral capta unos 20 al año. Sin embargo, este era especial, ya que segundos antes de que los dos satélites detectaran la explosión, un instrumento totalmente distinto lo hizo en la Tierra.
Uno de los dos detectores del Observatorio de Ondas Gravitacionales por Interferometría Láser (LIGO) registró desde los Estados Unidos el paso de ondas gravitacionales, fluctuaciones en el tejido espacio-temporal causadas por potentes fenómenos cósmicos.
“Se trata de un descubrimiento histórico, ya que por primera vez se nos muestra la liberación tanto de ondas gravitacionales como de luz extremadamente energética procedentes de una misma fuente cósmica”, reconoce Erik Kuulkers, científico del proyecto Integral de la ESA.
Antes de este hallazgo, se habían confirmado ondas gravitacionales en cuatro ocasiones y, en todas ellas, su origen se encontraba en parejas coalescentes de agujeros negros que giraban entre sí.
Los dos detectores LIGO captaron este fenómeno por primera vez en septiembre de 2015, seguido de otros dos a finales de 2015 y a principios de 2017.
Recientemente, el 14 de agosto, tuvo lugar la cuarta observación de ondas gravitacionales, que también llegaron al instrumento europeo Virgo, en Italia.
Precisamente por estas detecciones, los científicos responsables de la misión LIGO fueron galardonados con el Premio Nobel de Física este mismo mes.
Las ondas gravitacionales son el único ‘mensajero’ esperable cuando colisionan agujeros negros. A partir de estas cuatro mediciones, científicos de todo el mundo comenzaron a buscar con telescopios terrestres y espaciales posibles destellos luminosos relacionados con este tipo de ondas.
“Habíamos contribuido a estas búsquedas iniciales con Integral, aunque no encontramos ninguna emisión de rayos gamma o X, como predecía la inmensa mayoría de las teorías”, explica Volodymyr Savchenko, del Centro de Datos Científicos de Integral en Ginebra (Suiza).
Esta vez, sin embargo, la historia tomó un rumbo inesperado.
Se cree que otros choques cósmicos no solo liberan ondas gravitacionales, sino también luz a lo largo del espectro electromagnético. Eso puede suceder, por ejemplo, cuando la colisión implica una o varias estrellas de neutrones, como los agujeros negros, restos compactos de lo que en algún momento fueron estrellas masivas.
También se creía que las fusiones de estrellas de neutrones podían ser la fuente de brotes de rayos gamma que tanto se buscaba, aunque aún no había observaciones concluyentes al respecto.
Hasta agosto.
“Fuimos conscientes de que estábamos presenciando algo histórico cuando vimos aparecer en nuestra red interna casi al mismo tiempo la notificación de las detecciones de Fermi y LIGO, y poco después vimos también la confirmación en los datos del instrumento SPI de Integral”, señala Carlo Ferrigno, del Centro de Datos Científicos de Integral.
“Nunca antes había sucedido algo así: claramente era la marca de la fusión de estrellas de neutrones”, añade Volodymyr.
Normalmente, la alerta de uno solo de los tres detectores de ondas gravitacionales no habría despertado la curiosidad de forma tan repentina, pero la coincidencia del brote de rayos gamma detectado desde el espacio llevó a los científicos de LIGO/Virgo a fijarse en él.
Más tarde se vio que los dos detectores LIGO habían registrado las ondas. Debido a su menor sensibilidad y a la distinta orientación, Virgo produjo una respuesta menor; no obstante, combinar los tres conjuntos de mediciones fue crucial para localizar la fuente.
Los datos apuntaban a una zona de 28 grados cuadrados en el firmamento, equivalente a unas diez veces el diámetro de la luna llena por cada lado. Y la señal de las ondas gravitacionales indicaba una distancia de tan solo 130 millones de años luz.
Inmediatamente, un gran número de telescopios terrestres y espaciales volvieron la mirada hacia esa porción del firmamento.
Al cabo de día y medio tras las detecciones, científicos de distintos observatorios ópticos, incluidos los del Observatorio Europeo Austral en Chile, detectaron algo nuevo cerca del centro de la galaxia NGC 4993. Justo a la distancia indicada por LIGO/Virgo, era exactamente lo que previsiblemente podría apreciarse en luz visible cuando se fusionan estrellas de neutrones.
“Se trata del brote de rayos gamma más cercano detectado entre aquellos cuya distancia hemos medido, y es con diferencia el más tenue: casi un millón de veces menos brillante que la media”, explica Volodymyr.
“Creemos que, dadas las propiedades poco comunes de esta fuente, los potentes chorros que surgen durante el choque de las estrellas de neutrones no apuntan hacia nosotros, como sucede en la mayoría de brotes de rayos gamma detectados”.
Una vez conocida la posición de la fuente, un gran número de observatorios y otros sensores siguieron observando durante varias días —o, en algunos casos, semanas— en busca de luz y partículas emitidas tras la colisión. Muchos aún continúan haciéndolo.
Tras la detección inicial del destello, Integral lo observó durante cinco días y medio. No se detectaron nuevos rayos gamma, un factor importante para comprender cómo se fusionaron las estrellas de neutrones.
La amplia campaña de seguimiento reveló señales a lo largo del espectro, primero en las bandas ultravioleta, visible e infrarroja, después en rayos X y, finalmente, a longitudes de onda de radio.
“Lo que estamos viendo es claramente una kilonova: el material rico en neutrones liberado durante la fusión está afectando a los alrededores, fraguando gran cantidad de elementos pesados durante el proceso”, explica Carlo.
“Este descubrimiento ha sido posible gracias a la fantástica colaboración de miles de personas que trabajan en distintos observatorios y experimentos por todo el mundo”, reconoce Erik.
“Estamos encantados de que la contribución de Integral fuera clave para confirmar la naturaleza de este fenómeno tan raro, que los científicos llevan décadas buscando”.
Gracias a su alta sensibilidad a los rayos gamma y a su cobertura casi total del firmamento para eventos breves, Integral es una de las mejores misiones astronómicas para la observación de brotes de rayos gamma.
Cuando los sensores de LIGO/Virgo retomen sus observaciones, con sensibilidad mejorada, a finales de 2018, es fundamental que estén activos tantos satélites de rayos gamma como sea posible para comprobar las detecciones de ondas gravitacionales.
Entretanto, la ESA trabaja en la próxima generación de experimentos con ondas gravitacionales, adentrándose en el espacio con LISA, la antena espacial de interferómetro láser.
Esta antena, cuyo lanzamiento está previsto para 2034, será sensible a ondas gravitacionales de frecuencia menor a las detectadas con instrumentos terrestres. Son liberadas por el choque de objetos cósmicos aún más exóticos: agujeros negros supermasivos, situados en el centro de galaxias y con masas hasta miles de millones de veces superiores a las de los agujeros negros de masa estelar detectados por LIGO y Virgo.
“LISA ampliará el estudio de las ondas gravitacionales del mismo modo en que las primeras observaciones a longitudes de onda de infrarrojos y de radio han revolucionado la astronomía”, vaticina Paul McNamara, científico de estudio de LISA en la ESA.
“Hasta entonces, nos alegra que los satélites de alta energía de la ESA estén contribuyendo al ámbito cada vez mayor de la astronomía de ondas gravitacionales”.
Notas para los editores
Los artículos “Integral detection of the first prompt gamma-ray signal coincident with the gravitational wave event GW170817”, de V. Savchenko et al., “Gamma rays and gravitational waves from a binary neutron star merger: GW170817 and GRB170817A” y “Multi-messenger observations of a binary neutron star merger”, de B.P. Abbott et al., están publicados en Astrophysical Journal Letters.
Para más información, contactar con:
Erik Kuulkers
ESA Integral Project Scientist
European Space Agency
Tel: +31 71 565 8470
Mob: +31 6 30249526
Email: Erik.Kuulkers@esa.int
Volodymyr Savchenko
Integral Science Data Centre
University of Geneva, Switzerland
Email: Volodymyr.Savchenko@unige.ch
Carlo Ferrigno
Integral Science Data Centre
University of Geneva, Switzerland
Tel: +41 7979 67782
Email: Carlo.Ferrigno@unige.ch
Paul McNamara
LISA Study Scientist
European Space Agency
Tel: +31 71 565 8239
Email: paul.mcnamara@esa.int
Markus Bauer
ESA Science Communication Officer
Tel: +31 71 565 6799
Mob: +31 61 594 3 954
Email: markus.bauer@esa.int
