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Neutron star merger in galaxy NGC 4993
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El estallido cósmico, finalmente, deja de crecer

01/06/2018 409 views 1 likes
ESA / Space in Member States / Spain

El año pasado, la primera detección de ondas gravitacionales relacionadas con un brote de rayos gamma desencadenó una enorme campaña de seguimiento. Las consecuencias de la fusión de estrellas de neutrones que provocó la explosión han sido objeto de estudio por parte de telescopios terrestres y espaciales. Las observaciones de XMM-Newton de la ESA, obtenidas pocos meses tras el descubrimiento, capturaron el momento en que su emisión de rayos X dejó de aumentar, planteando nuevos interrogantes sobre la naturaleza de esta peculiar fuente. 

Las ondas gravitacionales, predichas por la Teoría general de la relatividad de Albert Einstein en 1918, son ondulaciones en el tejido espacio-temporal provocadas por la aceleración de objetos masivos, como sucede cuando colisionan un par de estrellas de neutrones o de agujeros negros.

Estas fluctuaciones, que permanecían ignotas un siglo después de su predicción, ahora pueden detectarse mediante vastos experimentos como el Observatorio de Ondas Gravitacionales por Interferometría Láser (LIGO) de los Estados Unidos o el interferómetro europeo Virgo.

Tras una detección de ondas gravitacionales, los científicos movilizan un gran número de instalaciones astronómicas terrestres y espaciales para buscar una posible contrapartida de las ondas a lo largo del espectro electromagnético y saber más sobre su fuente.

Con una sola excepción, ninguno de los seis eventos de ondas gravitacionales observados desde 2015 presentaba signos de contrapartida electromagnética, lo que confirmaría su origen en la fusión de agujeros negros, un fenómeno cósmico del que no se esperaría emisión de luz alguna.

Colliding neutron stars
Colliding neutron stars

Por eso, la primera detección de ondas gravitacionales junto a rayos gamma, que tuvo lugar el 17 de agosto de 2017, causó una gran sensación y provocó el lanzamiento de una campaña en la que han participado observatorios de todo el mundo e incluso desde el espacio para seguir la evolución de este fenómeno inaudito.

Los satélites para el estudio de rayos gamma Integral de la ESA y Fermi de la NASA habían detectado el estallido solo dos segundos tras el paso de sus ondas gravitacionales a través de los detectores de LIGO y Virgo, quedando así asociado el brote de rayos gamma a la fuente de las ondulaciones espaciotemporales provocadas por la coalescencia de dos estrellas de neutrones, densos remanentes que se forman al final de la vida de estrellas masivas.

A continuación, los científicos buscaron la posluminiscencia producida por la fusión de la estrellas de neutrones, que debería observarse a longitudes de onda más largas, de rayos X a ondas de radio. Mientras que la señal óptica se recibió medio día después de la detección original, tuvieron que pasar nueve días hasta que se produjeron las primeras observaciones de este objeto en rayos X y ondas de radio.

El retraso de la posluminiscencia en rayos X y ondas de radio ofrece información sobre la geometría de la explosión, ya que sugiere que podría haber generado dos chorros simétricos y colimados, aunque ninguno de ellos apuntando a la Tierra.

New source in Galaxy NGC4993
New source in Galaxy NGC4993

Las observaciones de rayos X se efectuaron, entre otros, con el telescopio espacial Chandra de la NASA. Este siguió vigilando la fuente durante los meses siguientes, y llegó a registrar un incremento cada vez mayor en su brillo de rayos X.

Debido a las limitaciones observacionales, XMM-Newton no pudo estudiar las secuelas de este estallido cósmico durante los primeros cuatro meses tras su primera detección. Cuando pudo hacerlo, el 29 de diciembre de 2017, parecía que el brillo en rayos X había dejado de aumentar.

“Las observaciones de XMM-Newton llegaron en el momento perfecto”, explica Paolo D’Avanzo, del Instituto Nacional de Astrofísica (INAF), Observatorio Astronómico de Brera (Italia).

D’Avanzo es el autor principal del artículo que recoge los resultados, publicado este mes en Astronomy & Astrophysics.

“Al medir el mismo valor registrado por Chandra a principios de ese mes, XMM-Newton ofreció la primera prueba de que la fuente había alcanzado su pico de rayos X y que el incesante aumento del brillo había parado —añade—. Esto se vio confirmado después por otro equipo de científicos que siguen vigilando la fuente con Chandra”.

Los científicos esperaban que el brillo de rayos X alcanzara el máximo al cabo de unos meses, a medida que el material expulsado y calentado por la explosión fuera decelerándose al alcanzar el medio interestelar circundante. Pero la evolución del sistema aún les deparaba algunas sorpresas.

Si la explosión hubiera producido dos chorros simétricos que no apuntaban a la Tierra, como se dedujo de las primeras observaciones, su emisión de rayos X decrecería rápidamente.

No obstante, cabe otra posibilidad que explicaría los datos obtenidos hasta el momento: puede que la explosión se produjera en forma de ‘bola de fuego’ sin chorros, pero con una energía mucho menor. En tal caso, el brillo en rayos X se reduciría a un ritmo mucho más lento tras el máximo.

“Estamos deseando ver cómo se comporta la fuente a lo largo de los próximos meses, ya que nos dirá si estamos observando fuera de eje una explosión de rayos gamma focalizada, como pensábamos hasta ahora, o si estamos siendo testigos de un fenómeno distinto”, apunta D’Avanzo.

Norbert Schartel, científico del proyecto XMM-Newton de la ESA, añade: “Esta observación tan oportuna nos ha permitido dar un nuevo paso en nuestra comprensión de la naturaleza de esta fuente única”.

En lo que los científicos denominan un ‘enfoque multimensajero’, las observaciones a lo largo del espectro electromagnético son clave para estudiar en profundidad esta y otras fuentes similares de ondas gravitacionales que se descubrirán en los próximos años gracias a LIGO y Virgo.

Los dos experimentos de ondas gravitacionales reanudarán sus observaciones, con una sensibilidad mejorada, a principios de 2019, mientras que la futura misión de la ESA LISA, la antena espacial de interferómetro láser que observará ondas gravitacionales de frecuencia menor desde el espacio, será lanzada previsiblemente en 2034.

Notas para los editores

El artículo “The evolution of the X–ray afterglow emission of GW170817 / GRB170817A in XMM-Newton observations”, de P. D’Avanzo et al., está publicado en Astronomy and Astrophysics. DOI: 10.1051/0004-6361/201832664

Para más información:

Paolo D'Avanzo
Istituto Nazionale di Astrofisica (INAF) – Osservatorio Astronomico di Brera, Italy
Correo electrónico: paolo.davanzobrera.inaf.it

Norbert Schartel
XMM-Newton Project Scientist
European Space Agency
Correo electrónico: norbert.schartelesa.int

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