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Oro, platino y estrellas de neutrones

Las ondas gravitacionales están revolucionando el mundo de la física y proporcionando titulares de primer nivel.
Oro, platino y estrellas de neutrones

Las ondas gravitacionales están revolucionando el mundo de la física y proporcionando titulares de primer nivel. Hace apenas dos años la primera detección directa de ondas gravitacionales (GW150914, 14 de septiembre de 2015), producida por la coalescencia (Fusión) de dos agujeros negros, por parte de la colaboración LIGO. El anuncio oficial de esta detección, el 11 de febrero de 2016, marcó un antes y un después en la historia de la física, proporcionando una nueva herramienta para la observación del universo, complementaria a la usual ventana electromagnética (y otros, como los neutrinos). Hasta esa fecha, la existencia de ondas gravitacionales sólo había podido deducir de manera indirecta, mediante medidas de precisión de la variación del período orbital de los sistemas de doble estrella, como los púlsares binarios PSR B1913 + 16. La célebre detección GW150914 fue seguida por 3 sistemas estelares más, todos ellos compuestos de agujeros negros (el último, anunciado el 27 de septiembre, marcó la primera detección simultánea de observatorios Ligo y Virgo).

 

Sin tiempo para amortiguar los ecos de estos descubrimientos, revitalizados para la adjudicación del Premio Nobel de física en 2017 Riner Weiss, Barry c. Barish y Kip s. Thorne (el último, otorgado el pasado mes de mayo con un doctorado honorífico por la UPC) por "decisivo las contribuciones al desarrollo del detector LIGO y la detección de ondas gravitacionales ", un nuevo objeto, GW170817, destinado a ocupar un lugar prominente en los anales de la astrofísica, y de la ciencia en general, acaba de aparecer en la sociedad. GW170817 es un objeto único. Esta es la primera detección de la fusión de dos estrellas de neutrones. Y los primeros en ser detectados a través de ondas gravitacionales y la radiación electromagnética en múltiples bandas, dando paso a la llamada Astronomía Multi-mensajero

 

El 17 de agosto de 2017, las ondas gravitacionales provenientes de un sistema de doble estrella, ubicadas a 130 millones años luz de distancia, fueron detectadas por observatorios Ligo y Virgo. 1,7 segundos después, una llamarada de rayos gamma – un estallido de rayos gamma de corta duración – fue localizada por el telescopio espacial de Fermi (y más tarde, para integral), cerca del área de emisión de ondas gravitacionales. Estas detecciones fueron permitidas para refinar la posición y distancia a la estación de radio de origen con relativa precisión y emprender su posible detección óptica. Así, 10 horas y 52 minutos más tarde, identificó la contraparte óptica del evento desde el hemisferio sur, hasta un punto sobre la galaxia NGC4993, en la constelación Hidra. La observación óptica fue seguida por una serie de detecciones en otras bandas (infrarrojo, 11 HR 36 min; ULTRAVIOLETA, 15 HR; ondas de radio, 16 días). En total, unos 70 observatorios han observado el fenómeno en diferentes bandas del espectro electromagnético, desde ondas de radio hasta rayos gamma. La revista "The astrofísico Journal", por ejemplo, acaba de publicar un volumen monográfico dedicado a GW170817 (los principales resultados serán revisados en Abbott et al., APJ 848, L12).. 

 

¿Qué significa este descubrimiento en términos científicos? En primer lugar, la primera detección de una fusión de estrellas de neutrones, en forma de kilonova (explosión mil veces más energía que un nuevo clásico), y la posible confirmación de esta etapa como cabeza de las ráfagas de rayos gamma de corta duración. La observación simultánea de las ondas gravitacionales y de la radiación electromagnética ha permitido también verificar que el primer movimiento a la velocidad de la luz.

 

Al mismo tiempo, proporcionar una nueva herramienta para profundizar en la estructura y propiedades de las estrellas de neutrones, así como para el estudio de la tasa de expansión del universo (Abad et al., naturaleza, en prensa).  Finalmente, pero no menos relevante, estudia un sistema fotométrico de las curvas de luz (evolución de la energía emitida en función del tiempo) en el infrarrojo y el ultravioleta, combinada con el correspondiente análisis espectral, han permitido inferir la presencia de lantánidos ( los elementos químicos entre el lantano y el iterbio) en el material expulsado durante el kilonova, particularmente en una capa de una masa 0,04 solares, con una concentración de lantánidos en el orden de el 1% por la masa (Chornock et al., APJ 848, L19;) Tanvir et al., APJ 848, L27; Pian et al., naturaleza, en prensa).

 

Estos resultados representan la primera evidencia experimental del llamado Process-r (Inglés, Rapid neutrón capturas) en la fusión de dos estrellas de neutrones, confirmando uno de los posibles escenarios propuestos por su origen. De hecho, la cantidad de i+d, junto con los elementos GW170817 inferidos en el ritmo de las estrellas de neutrones coalescències predichos por la teoría, sugieren que estos fenómenos astrofísicos podrían ser las principales fábricas de la síntesis cósmica de elementos en r, dando a luz una de las 11 cuestiones fundamentales de la física, según la lista publicada por la Junta de física y astronomía del Consejo Nacional de investigación (Estados Unidos, 2000): Cómo forman los elementos químicos, de hierro a uranio. Quizás, finalmente, hemos encontrado los hornos nucleares cósmicos donde están forjados oro y platino.
Jordi José
Grupo de Astronomía y Astrofísica, Departamento de física, UPC 

 

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