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Las estrellas de neutrones fusionadas, ilustradas aquí, producen una
explosión de rayos gamma cuando se juntan y colapsan en un agujero
negro. Las observaciones de dos explosiones realizadas por la misión
Compton de la NASA indican que antes de su colapso final, los objetos
forman brevemente una sola estrella de neutrones de gran tamaño.
Crédito: Centro de Vuelo Espacial Goddard de la NASA/Laboratorio
CI
Los estallidos cortos de rayos gamma (GRB) están asociados a fusiones binarias
de estrellas de neutrones, eventos astronómicos multimensajero observados en
ondas gravitacionales y en el espectro electromagnético multibanda.
Dependiendo de las masas de las estrellas de la binaria y de los detalles de
su ecuación de estado, en gran medida desconocida, tras la fusión puede
formarse una estrella de neutrones de corta vida y evolución dinámica.
Los astrónomos que han estado examinando datos antiguos sobre explosiones
conocidas como estallidos cortos de rayos gamma (GRB) han encontrado patrones
de luz que sugieren que una estrella de neutrones superpesada existió
brevemente antes de colapsar en un agujero negro. La colisión de dos estrellas
de neutrones probablemente creó este fugaz objeto masivo.
Cecilia Chirenti, investigadora de la Universidad de Maryland, College Park
(UMCP) y del Centro Goddard de Vuelos Espaciales de la NASA en Greenbelt,
Maryland, declaró: "Buscamos estas señales en 700 GRB cortos detectados con el
Observatorio Neil Gehrels Swift de la NASA, el Telescopio Espacial de Rayos
Gamma Fermi y el Observatorio de Rayos Gamma Compton. Encontramos estos
patrones de rayos gamma en dos estallidos observados por Compton a principios
de la década de 1990".
Las mediciones de Compton y las simulaciones por ordenador mostraron que la
masa de las megaestrellas de neutrones era un 20% mayor que la de la estrella
de neutrones más masiva, medida con precisión, J0740+6620, que tiene casi 2,1
veces la masa del Sol. Además, en comparación con las estrellas de neutrones
normales, las estrellas de neutrones superpesadas son casi dos veces más
grandes o aproximadamente el doble de la longitud de la isla de Manhattan.
Las megaestrellas de neutrones giran unas 78.000 veces por minuto, casi el
doble que J1748-2446ad, el púlsar más rápido observado hasta ahora. Este
rápido giro impide que sigan colapsándose durante sólo unas décimas de segundo
antes de proceder a formar un agujero negro más rápido que la velocidad de la
luz.
Cole Miller, profesor de astronomía de la UMCP y coautor del artículo, afirma:
"Sabemos que los GRB cortos se forman cuando estrellas de neutrones en órbita
chocan entre sí, y sabemos que acaban colapsando en un agujero negro, pero la
secuencia precisa de los acontecimientos no se conoce bien. En algún momento,
el agujero negro incipiente entra en erupción con un chorro de partículas de
movimiento rápido que emite un intenso destello de rayos gamma, la forma de
luz de mayor energía, y queremos saber más sobre cómo se desarrolla".
Las simulaciones por ordenador de estas fusiones muestran que las ondas
gravitacionales presentan un repentino salto de frecuencia que supera los
1.000 hertzios a medida que las estrellas de neutrones se fusionan. Estas
señales son demasiado rápidas y débiles para que las detecten los
observatorios de ondas gravitacionales existentes. Pero Chirenti y su equipo
pensaron que podrían aparecer señales similares en la emisión de rayos gamma
de los GRB cortos.
Estas señales se conocen como oscilaciones cuasiperiódicas o QPO.
Las QPO pueden estar compuestas por varias frecuencias cercanas que varían o
se disipan con el tiempo. Los QPO de rayos gamma y de ondas gravitacionales se
originan en la vorágine de materia que se arremolina al fusionarse las dos
estrellas de neutrones.
Si bien no se materializaron QPO de rayos gamma en las ráfagas de Swift y
Fermi, dos GRB cortos registrados por el Experimento de fuentes transitorias
y ráfagas de Compton (BATSE) el 11 de julio de 1991 y el 1 de noviembre de
1993 cumplen con los requisitos.
La ventaja de localizar estos patrones esquivos, el parpadeo distintivo que
indicaba la presencia de estrellas de neutrones masivas, pertenecía al campo
de visión más amplio del instrumento BATSE. El equipo estima que hay menos
de 1 en 3 millones de posibilidades de que todas estas señales aparezcan
solo por casualidad.
Chryssa Kouveliotou, catedrática del departamento de Física de la
Universidad George Washington de Washington, declaró: "Estos resultados son
significativos, ya que sientan las bases para futuras mediciones de
estrellas de neutrones hipermasivas por parte de observatorios de ondas
gravitacionales."
Fuentes, créditos y referencias: