Cuando las estrellas de neutrones chocan producen una explosión que, contrariamente a lo que se creía hasta hace poco, tiene la forma de una esfera perfecta. Aunque cómo esto es posible sigue siendo un misterio, el descubrimiento puede proporcionar una nueva clave para la física fundamental y para medir la edad del universo. El descubrimiento ha sido realizado por astrofísicos de la Universidad de Copenhague y acaba de ser publicado en la revista Nature.
Las Kilonovas, las explosiones gigantes que ocurren cuando dos estrellas de neutrones se orbitan entre sí y finalmente chocan, son responsables de crear cosas grandes y pequeñas en el universo, desde agujeros negros hasta los átomos en el anillo de oro en su dedo y el yodo en nuestros cuerpos. . Dan lugar a las condiciones físicas más extremas del universo, y es bajo estas condiciones extremas que el universo crea los elementos más pesados de la tabla periódica, como el oro, el platino y el uranio.
Pero todavía hay mucho que no sabemos sobre este fenómeno violento. Cuando se detectó una kilonova a 140 millones de años luz de distancia en 2017, fue la primera vez que los científicos pudieron recopilar datos detallados. Científicos de todo el mundo todavía están interpretando los datos de esta colosal explosión, incluidos Albert Sneppen y Darach Watson de la Universidad de Copenhague, quienes hicieron un descubrimiento sorprendente.
Sus análisis se han llevado a cabo en datos del kilonova AT2017gfo de 2017. Esos datos son la luz ultravioleta, óptica e infrarroja del espectrógrafo X-shooter en el Very Large Telescope del Observatorio Europeo Austral, combinados con análisis previos de ondas gravitacionales. , ondas de radio y datos del telescopio espacial Hubble.
“Tienes dos estrellas supercompactas que orbitan entre sí 100 veces por segundo antes de colapsar. Nuestra intuición, y todos los modelos anteriores, dicen que la nube de explosión creada por la colisión debe tener una forma aplanada y bastante asimétrica”, dice Albert Sneppen, Doctor. estudiante del Instituto Niels Bohr y primer autor del estudio publicado en la revista Nature.
Es por eso que él y sus colegas de investigación se sorprenden al descubrir que este no es el caso de la kilonova de 2017. Es completamente simétrica y tiene una forma cercana a una esfera perfecta.
“Nadie esperaba que la explosión se viera así. No tiene sentido que sea esférica, como una pelota. Pero nuestros cálculos muestran claramente que lo es. Esto probablemente significa que las teorías y simulaciones de kilonovas que hemos estado considerando durante el últimos 25 años carecen de física importante”, dice Darach Watson, profesor asociado en el Instituto Niels Bohr y segundo autor del estudio.
La forma esférica es un misterio.
Pero cómo la kilonova puede ser esférica es un verdadero misterio. Según los investigadores, debe haber una física inesperada en juego:
“La forma más probable de hacer que la explosión sea esférica es si una gran cantidad de energía sale del centro de la explosión y suaviza una forma que de otro modo sería asimétrica. Entonces, la forma esférica nos dice que probablemente hay mucha energía”. en el centro de la colisión, que fue imprevista”, dice Albert Sneppen.
Cuando las estrellas de neutrones chocan, se unen brevemente como una sola estrella de neutrones hipermasiva, que luego colapsa en un agujero negro. Los investigadores especulan si es en este derrumbe donde se esconde gran parte del secreto:
“Tal vez se crea una especie de ‘bomba magnética’ en el momento en que la energía del enorme campo magnético de la estrella de neutrones hipermasiva se libera cuando la estrella se colapsa en un agujero negro. La liberación de energía magnética podría causar que la materia en la explosión sea distribuidos más esféricamente. En ese caso, el nacimiento del agujero negro puede ser muy energético”, dice Darach Watson.
Sin embargo, esta teoría no explica otro aspecto del descubrimiento de los investigadores. Según los modelos anteriores, si bien todos los elementos producidos son más pesados que el hierro, los elementos extremadamente pesados, como el oro o el uranio, deben crearse en lugares diferentes de la kilonova que los elementos más livianos, como el estroncio o el criptón, y deben ser expulsados. en diferentes direcciones. Los investigadores, por otro lado, detectan solo los elementos más ligeros y están distribuidos uniformemente en el espacio.
Por lo tanto, creen que las enigmáticas partículas elementales, los neutrinos, de los que todavía se desconoce mucho, también juegan un papel clave en el fenómeno.
“Una idea alternativa es que en los milisegundos que la estrella de neutrones hipermasiva vive, emite muy poderosamente, posiblemente incluyendo una gran cantidad de neutrinos. Los neutrinos pueden hacer que los neutrones se conviertan en protones y electrones, y así crear elementos más livianos en general. Esta idea también tiene deficiencias, pero creemos que los neutrinos juegan un papel aún más importante de lo que pensábamos”, dice Albert Sneppen.
Un nuevo gobernante cósmico
La forma de la explosión también es interesante por una razón completamente diferente:
“Entre los astrofísicos hay mucha discusión sobre qué tan rápido se expande el universo. La velocidad nos dice, entre otras cosas, qué edad tiene el universo. Y los dos métodos que existen para medirlo difieren en aproximadamente mil millones de años. Aquí es posible que tengamos un tercer método que pueda complementar y probarse con las otras medidas”, dice Albert Sneppen.
La llamada “escalera de distancia cósmica” es el método que se utiliza hoy en día para medir la rapidez con la que crece el universo. Esto se hace simplemente calculando la distancia entre diferentes objetos en el universo, que actúan como peldaños en la escalera.
“Si son brillantes y en su mayoría esféricos, y si sabemos qué tan lejos están, podemos usar las kilonovas como una nueva forma de medir la distancia de forma independiente, un nuevo tipo de regla cósmica”, dice Darach Watson y continúa:
“Saber cuál es la forma es crucial aquí, porque si tienes un objeto que no es esférico, emite de manera diferente, dependiendo de tu ángulo de visión. Una explosión esférica proporciona una precisión mucho mayor en la medición”.
Él enfatiza que esto requiere datos de más kilonovas. Esperan que los observatorios LIGO detecten muchas más kilonovas en los próximos años.
Acerca de las kilonovas
Las estrellas de neutrones son estrellas extremadamente compactas que consisten principalmente en neutrones. Por lo general, solo tienen unos 20 kilómetros de ancho, pero pueden pesar entre una vez y media y dos veces más que el Sol. Una cucharadita de materia de estrella de neutrones pesaría tanto como el Monte Everest.
Cuando dos estrellas de neutrones chocan, se produce el fenómeno de una kilonova. Este es el nombre de la gigantesca explosión que crea la fusión. Es una bola de fuego radiactiva que se expande a una velocidad enorme y consiste principalmente en elementos pesados formados en la fusión y sus consecuencias, tanto los elementos más ligeros como los muy pesados, que son expulsados al espacio.
El fenómeno se predijo en 1974 y se observó e identificó claramente por primera vez en 2013. En 2017, se obtuvieron por primera vez datos detallados de una kilonova, cuando los detectores LIGO (en los EE. UU.) y Virgo (en Europa) tuvieron un éxito sensacional al medir la gravedad ondas de la kilonova AT2017gfo, que se encontraba en una galaxia a 140 millones de años luz de distancia.
Con información de Nature
