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Científicos de alrededor del mundo observan ‘espectáculo pirotécnico’ gracias a choque de estrellas

Ilustración del artista de dos estrellas de neutrones fusionadas. Crédito: Fundación Nacional de Ciencias / LIGO / Sonoma State University / A. Simonnet

Científicos de alrededor del mundo observan ‘espectáculo pirotécnico’ gracias a choque de estrellas


“La Naturaleza nos ha sonreído”, asegura un científico

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ANN ARBOR– Por primera vez, científicos han detectado directamente ondas gravitacionales en el espacio y tiempo, además de observar la luz de la espectacular colisión de dos estrellas de neutrones.  

El descubrimiento fue hecho usando el interferómetro LIGO (observatorio de ondas gravitacionales, por sus siglas en inglés) basado en los Estados Unidos; el detector Virgo basado en Europa; y unos 60 telescopios terrestres y espaciales.

Dos imágenes ópticas de la Cámara de Energía Oscura muestran la kilonova transitoria resultante cerca de la galaxia NGC 4993 en la primera detección y su ausencia después de un rápido desvanecimiento (ubicación marcada con líneas). Imagen cortesía de Fermilab

“Somos muy afortunados de que la primera fusión de estrellas de neutrones detectada por LIGO trajera consigo un brote de rayos gamma inmediato, seguido de un resplandor en ondas de radio, luz infrarroja, visible y ultravioleta, y en rayos X. La naturaleza nos ha sonreído una vez más”, dijo Keith Riles, profesor de física de la Universidad de Michigan, líder del grupo de ondas gravitacionales de la universidad y un miembro del comité científico colaborativo de detección que validó el descubrimiento.

“El chirrido que vimos en nuestros datos es simplemente hermoso -casi demasiado bueno para ser verdad”, añadió Richard Gustafson, un científico con el equipo de ondas gravitacionales de la UM quien trabaja tiempo completo en el Observatorio LIGO Hanford.

La señal de ondas gravitacionales, llamada GW170817, fue detectada el 17 de agosto a las 08:41 am EDT; la detección fue hecha por los dos detectores idénticos LIGO, situado en Hanford,  Washington y Livingston, La. Un tercer detector, Virgo, situado cerca de Pisa, Italia, sólo observó una pequeña señal, pero proporcionó información crucial para la localización de este evento cósmico.

Científicos de alrededor del mundo observan ‘espectáculo pirotécnico’ gracias a choque de estrellas. Imagen muestra ilustración del choque de estrellas. Crédito: Fermilab.

Las estrellas de neutrones son las estrellas más pequeñas, más densas que se sabe existen y se forman cuando estrellas masivas explotan en supernovas. A medida que las dos estrellas de neutrones se acercaron, emitieron ondas gravitacionales que fueron detectables durante unos 100 segundos. Cuando chocaron, emitieron un destello de luz en forma de rayos gamma que fueron observados en la Tierra unos dos segundos después de las ondas gravitacionales.

En las horas, días y semanas después del violento choque, se observaron otras formas de luz, o radiación electromagnética como parte de la luminiscencia residual.

Se ha teorizado que la fusión de las estrellas de neutrones conduce a kilonovas que producen una parte sustancial de los elementos más pesados que el hierro del universo, como el oro y el platino. Una sola fusión de estrellas de neutrones podría producir una cantidad de oro comparable a la masa total de la Tierra.

La kilonova fue claramente evidente a partir de las imágenes DECam tomadas en múltiples longitudes de onda tan pronto como el cielo se oscureció lo suficiente como para observar la región. La importancia del descubrimiento fue evidente de inmediato, y el equipo intercambió mensajes emocionados durante toda la noche. Continuaron observando el fosforescente desvanecimiento durante las semanas siguientes hasta que el objeto desapareció de la vista.

 

Un equipo de científicos, incluyendo otros físicos y astrónomos de la UM, utilizaron la cámara de energía oscura ‘DECam’, el principal instrumento para del Dark Energy Survey, siendo uno de los primeros en observar las ondas gravitacionales y capturar imágenes de su contraparte óptica en las primeras 12 horas después de la colisión.

David Gerdes, profesor de física y astronomía de la UM y un miembro del equipo DECam, dijo que este es uno de los descubrimientos astronómicos más importantes de su carrera.

“Junto con el equipo de LIGO, hemos ayudado a dar a luz a un campo completamente nuevo: el estudio de los ambientes astrofísicos más extremos utilizando tanto ondas gravitacionales como electromagnéticas,” dijo. “Hemos soñado con esto desde hace décadas.”

El 17 de agosto, uno de los observatorios LIGO recogió una fuerte señal de ondas gravitacionales desde el espacio. Casi al mismo tiempo, el monitor de ráfagas de rayos gamma en el telescopio de Fermi de NASA había detectado un estallido de rayos gamma. El análisis de datos en tiempo real de LIGO observó el evento de estallido de rayos gamma y posteriormente encontró una señal en el segundo interferómetro LIGO, causando que el equipo notificara inmediatamente a la comunidad astronómica.

 

Los datos de LIGO indicaron que dos objetos astrofísicos situados a la distancia relativamente cerca de 130 millones de años luz de la Tierra estaban en espiral uno hacia el otro. Parecía que los objetos no eran tan masivos como agujeros negros binarios-objetos que LIGO y Virgo han detectado previamente. Se estimó que los objetos eran de entre 1,1 y 1,6 veces la masa del Sol, en el rango de masas de las estrellas de neutrones. Una estrella de neutrones es de unos 20 kilómetros, o 12 millas de diámetro.

Los resultados del nuevo descubrimiento han sido publicados en una serie de artículos en revistas que incluyen Physical Review Letters, Astrophysical Journal Letters y Nature.

En las próximas semanas y meses, los telescopios de todo el mundo continuarán observando el resplandor de la fusión de las estrellas de neutrones y reunir más pruebas sobre las distintas etapas de la fusión, su interacción con su entorno, y los procesos que producen los elementos más pesados en el universo.

Otros miembros del grupo de ondas gravitacionales en UM incluyen los estudiantes de grado Ansel Neunzert, Orion Sauter y Jonathan Wang, y los estudiantes de pregrado Sophie Hourihane, Paul Huang, Humza Khan, Jessica Leviton, Eilam Morag y Kaushik Rao.

Otros miembros del equipo DECam de UM incluyen los profesores Gus Evrard, Dragan Huterer, y Chris Miller; el científico investigador Michael Schubnell; el estudiante postdoctoral Ed Lin; los estudiantes de grado Rutuparna Das, Anthony Kremin y Stephanie Hamilton; y los estudiantes de pregrado Waleed Al-Rawi, Kyle Franson, Tali Khain y Lynus Zullo.

Un consorcio internacional de científicos, incluyendo a los de la UM, construyeron la Cámara de Energía Oscura, uno de los más poderosos dispositivos de imágenes digitales en existencia. Fue integrado y probado en el Fermilab, el laboratorio principal del Dark Energy Survey, y está montado en el telescopio Blanco de Fundación Nacional de la Ciencia, que forma parte del Observatorio de Cerro Tololo en Chile. Las imágenes DES son procesadas en el Centro Nacional para Aplicaciones de Supercomputación de la Universidad de Illinois en Urbana-Champaign.

LIGO es financiado por la NSF, y es operado por Caltech y MIT, que concibió LIGO y llevó a los proyectos iniciales y avanzados LIGO. El apoyo financiero para el proyecto LIGO Avanzado fue liderado por la NSF con Alemania (Sociedad Max Planck), el Reino Unido ( Consejo de Instalaciones de Ciencia y Tecnología) y Australia (Australian Research Council) haciendo significativos compromisos y contribuciones al proyecto.

 

Más de 1.200 científicos y alrededor de 100 instituciones de todo el mundo participan en el esfuerzo a través de la Colaboración Científica LIGO, que incluye la colaboración de GEO y el OzGrav, la colaboración de Australia. Socios adicionales se enumeran en ligo.org/partners.php     

 

La colaboración de Virgo consiste en más de 280 físicos e ingenieros pertenecientes a 20 diferentes grupos de investigación europeos: seis del Centro Nacional de Investigación Científica (CNRS) de Francia; ocho del Istituto Nazionale di Fisica Nucleare (INFN en Italia; dos en los Países Bajos con Nikhef; el MTA Wigner RCP en Hungría; el grupo POLGRAW en Polonia; España con la Universidad de Valencia; y el Observatorio Europeo de Gravedad, EGO, el laboratorio que aloja el detector Virgo cerca de Pisa en Italia, financiado por el CNRS, INFN y Nikhef.

 

El Dark Energy Survey es una colaboración de más de 400 científicos de 26 instituciones de siete países. Su principal instrumento, la cámara energía oscura de 570 megapíxeles Dark Energy Camera, está montada en Víctor Blanco, un telescopio de 4 metros de diámetro parte del Observatorio Interamericano Cerro Tololo, en Chile, y sus datos son procesados en el Centro Nacional para Aplicaciones de Supercomputación en el Universidad de Illinois en Urbana-Champaign.

Los fondos para los proyectos DES han sido proporcionados por la Oficina de Ciencia del Departamento de Energía, la Fundación Nacional de Ciencias de Estados Unidos, el Ministerio de Educación y Ciencia de España, Science and Technology Facilities Council del Reino Unido, el Consejo de Financiación de Educación Superior de Inglaterra, ETH Zurich, Suiza, el Centro Nacional para Aplicaciones de Supercomputación de la Universidad de Illinois en Urbana-Champaign, Instituto Kavli de Física Cosmológica en la Universidad de Chicago, Centro de Cosmología y Astrofísica de partículas de la Universidad Estatal de Ohio, M Mitchell Institute for Fundamental Physics and Astronomy de Texas A&M University, la Financiadora de Estudios y Proyectos, Fundación Carlos Chagas Filho de Amparo a la Pesquisa do Estado de Río de Janeiro, el Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico and the Ministério da Ciência e Tecnologia,el  Deutsche Forschungsgemeinschaft y las instituciones que colaboran en la encuesta de energía oscura Dark Energy Survey, cuya lista se puede encontrar aquí: darkenergysurvey.org/collaboration.