Hasta ahora, los astrofísicos solo han detectado ondas gravitacionales de sistemas binarios: las fusiones de dos agujeros negros, dos estrellas de neutrones o una de cada. Aunque, en teoría, los astrofísicos deberían ser capaces de detectar ondas gravitacionales de una única fuente no binaria, todavía tienen que descubrir estas escurridizas señales.
Ahora, los investigadores de la Universidad de Northwestern sugieren mirar un lugar nuevo, inesperado y completamente inexplorado: los capullos de escombros turbulentos y energéticos que rodean a las estrellas masivas moribundas.
Por primera vez en la historia, los investigadores han utilizado simulaciones de última generación para demostrar que estos capullos pueden emitir ondas gravitacionales. Y, a diferencia de los chorros de rayos gamma, las ondas gravitacionales de los capullos deben estar dentro de la banda de frecuencia que el Observatorio de ondas gravitacionales con interferómetro láser (LIGO) puede detectar.
“Hasta el día de hoy, LIGO solo ha detectado ondas gravitacionales de sistemas binarios, pero algún día detectará la primera fuente no binaria de ondas gravitacionales”, dijo Ore Gottlieb de Northwestern, quien dirigió el estudio. “Los capullos son uno de los primeros lugares en los que debemos buscar este tipo de fuente”.
Gottlieb presentará esta investigación durante una rueda de prensa virtual en la 242ª reunión de la Sociedad Astronómica Americana. “Muertes estelares impulsadas y turbulentas: Nuevas fuentes de ondas gravitacionales detectables por LIGO” se llevará a cabo a las 12:15 p.m. EDT el lunes 5 de junio, como parte de una sesión sobre “Descubrimientos en galaxias distantes”.
Gottlieb es miembro de CIERA en el Centro de Exploración e Investigación Interdisciplinaria en Astrofísica (CIERA) de Northwestern. Los coautores del estudio de Northwestern incluyen a los profesores Vicky Kalogera y Alexander Tchekovskoy, los asociados postdoctorales Sharan Banagiri y Jonatan Jacquemin-Ide y el estudiante graduado Nick Kaaz.
La nueva fuente era ‘imposible de ignorar’
Para realizar el estudio, Gottlieb y sus colaboradores utilizaron nuevas simulaciones de última generación para modelar el colapso de una estrella masiva. Cuando las estrellas masivas colapsan en agujeros negros, pueden crear poderosos flujos de salida (o chorros) de partículas que viajan cerca de la velocidad de la luz. Las simulaciones de Gottlieb modelaron este proceso, desde el momento en que la estrella colapsa en un agujero negro hasta que el chorro escapa.
Inicialmente, quería ver si el disco de acreción que se forma alrededor de un agujero negro podía emitir ondas gravitacionales detectables. Pero algo inesperado seguía surgiendo de sus datos.
“Cuando calculé las ondas gravitacionales de la vecindad del agujero negro, encontré otra fuente que interrumpía mis cálculos: el capullo”, dijo Gottlieb. “Traté de ignorarlo. Pero descubrí que era imposible ignorarlo. Luego me di cuenta de que el capullo era una fuente interesante de ondas gravitacionales”.
A medida que los chorros chocan contra las capas colapsadas de la estrella moribunda, se forma una burbuja o “capullo” alrededor del chorro. Los capullos son lugares turbulentos, donde los gases calientes y los desechos se mezclan al azar y se expanden en todas direcciones desde el chorro. A medida que la burbuja energética se acelera desde el chorro, perturba el espacio-tiempo para crear una onda de ondas gravitacionales, explicó Gottlieb.
“Un chorro comienza en lo profundo de una estrella y luego se abre camino para escapar”, dijo Gottlieb. “Es como cuando perforas un agujero en una pared. La broca giratoria golpea la pared y los escombros se derraman fuera de la pared. La broca le da energía a ese material. De manera similar, el chorro atraviesa la estrella, lo que hace que el material de la estrella se caliente. se levantan y se derraman. Estos desechos forman las capas calientes de un capullo”.
Llamado a la acción para mirar capullos
Si los capullos generan ondas gravitacionales, LIGO debería poder detectarlas en sus próximas ejecuciones, dijo Gottlieb. Los investigadores generalmente han buscado ondas gravitacionales de una sola fuente a partir de estallidos de rayos gamma o supernovas, pero los astrofísicos dudan de que LIGO pueda detectarlos.
“Tanto los chorros como las supernovas son explosiones muy energéticas”, dijo Gottlieb. “Pero solo podemos detectar ondas gravitacionales de explosiones asimétricas de mayor frecuencia. Las supernovas son bastante esféricas y simétricas, por lo que las explosiones esféricas no cambian la distribución de masa equilibrada en la estrella para emitir ondas gravitacionales. Los estallidos de rayos gamma duran docenas de segundos, por lo que la frecuencia es muy pequeña, más baja que la banda de frecuencia a la que LIGO es sensible”.
En cambio, Gottlieb pide a los astrofísicos que redirijan su atención a los capullos, que son asimétricos y muy energéticos.
“Nuestro estudio es un llamado a la acción para que la comunidad observe los capullos como una fuente de ondas gravitacionales”, dijo. “También sabemos que los capullos emiten radiación electromagnética, por lo que podrían ser eventos de múltiples mensajes. Al estudiarlos, podríamos aprender más sobre lo que sucede en la parte más interna de las estrellas, las propiedades de los chorros y su prevalencia en las explosiones estelares”.
El estudio se titula “Muertes estelares impulsadas y turbulentas: nuevas fuentes de ondas gravitacionales detectables por LVK”.
Con información de Phys.org
