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| Tras su lanzamiento, a más tardar en mayo de 2027, el Telescopio Espacial Romano de la NASA observará las mismas zonas del cielo cada pocos días. Los investigadores analizarán estos datos para identificar kilonovas, explosiones que se producen cuando dos estrellas de neutrones o una estrella de neutrones y un agujero negro colisionan y se fusionan. Cuando se producen estas colisiones, una fracción de los escombros resultantes es expulsada en forma de chorros, que se mueven a una velocidad cercana a la de la luz. El resto produce nubes calientes, brillantes y ricas en neutrones que forjan elementos pesados como el oro y el platino. Los amplios datos de Roman ayudarán a los astrónomos a identificar mejor la frecuencia con la que se producen estos fenómenos, la cantidad de energía que desprenden y su proximidad o lejanía. Crédito: NASA, Joseph Olmsted (STScI) |
En 2017, los astrónomos detectaron por primera vez ondas gravitacionales procedentes de estrellas de neutrones en colisión: una kilonova. Se detectaron enormes cantidades de metales pesados en la luz de la explosión, y los astrónomos siguieron observando la nube de escombros en expansión.
Los investigadores han seguido estudiando este acontecimiento. Ahora, mediante una simulación tridimensional por ordenador, han creado una nueva recreación de esta fusión -segundo a segundo, tal y como ocurrió- que permite comprender todo el caos de alta energía y la formación de elementos pesados en este catastrófico acontecimiento.
"La concordancia sin precedentes entre nuestras simulaciones y la observación de la kilonova AT2017gfo [también conocida como GW170817] indica que comprendemos a grandes rasgos lo que ocurrió en la explosión y sus secuelas", afirma Luke J. Shingles, científico del Centro Helmholtz para la Investigación de Iones Pesados del GSI y de la Instalación para la Investigación de Antiprotones e Iones (GSI/FAIR), en Alemania. Shingles es el autor principal de un nuevo artículo publicado en Astrophysical Journal Letters.
Las estrellas de neutrones son los núcleos aplastados y sobrantes de estrellas masivas que hace tiempo explotaron como supernovas. Las estrellas fusionadas tenían probablemente masas entre un 10 y un 60 por ciento superiores a la de nuestro Sol, pero no eran más anchas que una ciudad de tamaño medio. La pareja giraba una alrededor de la otra cientos de veces por segundo. A medida que se acercaban y orbitaban más rápido, las estrellas acabaron por separarse y fusionarse, produciendo tanto una explosión de rayos gamma como una explosión raramente vista llamada kilonova.
Este evento fue observado el 17 de agosto de 2017 por las instalaciones de ondas gravitacionales LIGO-Virgo. Varios telescopios observaron las secuelas de este evento, incluidos los telescopios espaciales Swift, Hubble, Chandra y Spitzer, junto con docenas de observatorios terrestres. El sondeo Pan-STARRS pudo captar el resplandor desvanecido de los restos en expansión de la explosión.
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| Resultado de la simulación kilonova 3D. Proyecciones de Mollweide de cantidades dependientes de la dirección para paquetes UVOIR 3D AD2 que llegan al observador entre 1,3 y 1,7 días: intensidad radiante por ángulo sólido 4π (arriba), temperatura media en la última interacción (centro) y velocidad de la línea de visión en la última interacción (abajo). Para estas figuras, utilizamos intervalos de 32 × 32 direcciones, espaciados uniformemente en ángulo azimutal (horizontal) y coseno del ángulo polar (vertical) para dar el mismo ángulo sólido en cada intervalo. Crédito: The Astrophysical Journal Letters (2023). DOI: 10.3847/2041-8213/acf29a |
En una rueda de prensa celebrada poco después de la detección de este suceso -observado tanto en ondas gravitacionales como en luz-, el investigador Edo Berger, del Centro Smithsoniano de Astrofísica de Harvard, declaró: "Estas observaciones revelan las huellas dactilares directas de los elementos más pesados de la tabla periódica". "La colisión de las dos estrellas de neutrones produjo 10 veces la masa de la Tierra sólo en oro y platino. Piensa en cómo, a medida que estos materiales salen volando de este acontecimiento, acaban combinándose con otros elementos para formar estrellas, planetas, vida... y joyas."
Los datos de todos los observatorios han permitido a los investigadores producir, por primera vez, una simulación tridimensional que recrea la fusión de estrellas de neutrones y la posterior transferencia radiativa con decenas de millones de transiciones atómicas de elementos pesados.
Los investigadores afirman que, con un modelo tridimensional, la luz observada puede predecirse para cualquier dirección de observación. Por ejemplo, cuando se mira casi perpendicularmente al plano orbital de las dos estrellas de neutrones (como indican las observaciones de la kilonova AT2017gfo), el modelo predice una secuencia de distribuciones espectrales que se parecen mucho a las observaciones de AT2017gfo.
"La investigación en este campo nos ayudará a comprender los orígenes de los elementos más pesados que el hierro (como el platino y el oro) que se produjeron principalmente por el proceso de captura rápida de neutrones en las fusiones de estrellas de neutrones", afirma Shingles en un comunicado de prensa de GSI/FAIR.
En su artículo, el equipo señala que aproximadamente la mitad de los elementos más pesados que el hierro se producen durante un acontecimiento como una kilonova, en un entorno de temperaturas y densidades de neutrones extremas. La explosión expulsa materia con las condiciones adecuadas para "producir núcleos pesados inestables ricos en neutrones mediante una secuencia de capturas de neutrones y desintegraciones beta. Estos núcleos se desintegran hasta alcanzar la estabilidad, liberando energía que alimenta una "kilonova" explosiva transitoria, una brillante emisión de luz que se desvanece rápidamente en aproximadamente una semana".
Según los investigadores, su simulación en 3D combina varias áreas de la física, como el comportamiento de la materia a altas densidades, las propiedades de los núcleos pesados inestables y las interacciones átomo-luz de los elementos pesados.
Con nuevas investigaciones, esperan aumentar la precisión con la que pueden predecir y comprender las características de los espectros, lo que ampliará nuestra comprensión de las condiciones en las que se sintetizan los elementos pesados.
Fuentes, créditos y referencias:
Originalmente publicado en Universe Today. Lea el artículo original aquí.