Las ondas gravitacionales se han convertido en la herramienta más importante disponible para los astrónomos. Ya se utilizan para confirmar que los grandes agujeros negros (BH), con masas diez o más veces mayores que las del Sol, y las fusiones de estos grandes BH, que forman BH aún más grandes, no son tan raros en el Universo. En octubre de 2017, esta herramienta
dio un salto adelante .
Desde hace tiempo se sabe que las estrellas de neutrones (NS), los restos colapsados de estrellas que explotaron y se convirtieron en supernovas, son comunes en el Universo. Y casi tanto se sabe que NZ a veces va en parejas. (Así es como las ondas gravitacionales se descubrieron indirectamente por primera vez en la década de 1970). Las estrellas a menudo forman pares, y a veces ambas estrellas explotan y se convierten en supernovas, y sus remanentes en forma de NS giran entre sí. Según la teoría de la relatividad de Einstein, un par de estrellas debería perder energía gradualmente, emitiendo ondas gravitacionales en el espacio, y lentamente, pero con seguridad, estos dos objetos deberían caer uno encima del otro en espiral. Como resultado, después de millones o incluso miles de millones de años, colisionan y se fusionan en un NZ o BH más grande. Como resultado de esta colisión, ocurren dos eventos.
- Surge un destello de luz muy brillante, ondas electromagnéticas, cuyos detalles solo podemos adivinar. Algunas de estas ondas serán luz visible, y la mayoría de ellas serán invisibles, por ejemplo, la radiación gamma.
- Surgen ondas gravitacionales, cuyos detalles son más fáciles de calcular, por eso se pueden distinguir, pero no se pudieron detectar hasta que LIGO y VIRGO comenzaron a recopilar datos: LIGO durante los últimos años y VIRGO durante los últimos meses.
Es posible que ya hayamos visto la luz de la fusión de las dos NS, pero nadie puede estar seguro de esto. ¿No sería bueno si pudiéramos ver ondas gravitacionales Y ondas electromagnéticas que emanan de la fusión de NS? Será como ver un fuego artificial y escuchar una explosión: ver y escuchar al mismo tiempo es mejor que por separado, cada una de las señales aclara a la otra. (Advertencia: los científicos a menudo dicen que la detección de ondas gravitacionales es como un rumor. Esto es solo una analogía y muy distante. No se parecen en nada a las ondas acústicas que escuchamos con nuestros oídos, por muchas razones, por lo tanto, no es necesario tomar la analogía literalmente). Si podemos hacer esto y aquello, podremos obtener nuevos conocimientos sobre NS y sus propiedades de una manera completamente nueva.
Y finalmente descubrimos que esto sucedió. LIGO, con los dos primeros observatorios gravitacionales, descubrió las ondas de dos NS fusionadas ubicadas a 130 millones de años luz de la Tierra, el 17 de agosto de 2017. (La fusión de NS dura mucho más que la fusión de BH, por lo que son fáciles de distinguir; específicamente, esta fusión ocurrió tan (relativamente) cerca que se pudo observar durante mucho tiempo). VIRGO, con un tercer detector, permitió a los científicos triangular y determinar aproximadamente la ubicación de la fusión. Recibieron una señal muy débil, pero resultó ser extremadamente importante, porque informó a los científicos que la fusión se produjo en una pequeña región del cielo en la que VIRGO tiene un punto ciego. Y esto hizo que los científicos entendieran dónde mirar.
La fusión se observó durante más de un minuto; se puede comparar con BH, cuya fusión se produce en menos de un segundo. ¡Pero todavía no está del todo claro qué sucedió al final! ¿Han fusionado NS formado otro NS o BH? Aún no está claro.
Casi exactamente en el momento en que las ondas gravitacionales alcanzaron un máximo, otro equipo de científicos, del proyecto FERMI, grabó un destello de rayos gamma: ondas electromagnéticas de alta frecuencia. FERMI observa diariamente la radiación gamma que proviene de los extremos del universo, y una explosión de rayos gamma de dos segundos no era inusual. Fue descubierto por otro experimento con rayos gamma, INTEGRAL. Los equipos intercambiaron información en unos minutos. Los detectores de rayos gamma FERMI e INTEGRAL pueden determinar de manera bastante aproximada el área del cielo de donde provienen estos rayos gamma, y LIGO / VIRGO juntos solo dan un área aproximada. Pero los científicos vieron la superposición de estos sitios, y la evidencia era incontrovertible. Así que la astronomía entró en una nueva fase muy esperada.
Solo esto en sí mismo ya era un descubrimiento bastante importante. Breves destellos de rayos gamma han ocupado a los científicos durante años. Una de las mejores conjeturas sobre su origen fue la suposición de la fusión de Nueva Zelanda. Ahora se ha resuelto el enigma; esta suposición, obviamente, se ha justificado. (¿Qué pasa si no? Los rayos gamma detectados fueron inesperadamente débiles, por lo que aún quedan preguntas).
Además, el hecho de que estas señales llegaron con una brecha de unos segundos entre sí, después de que, después de haber salido de la misma fuente, recorrieron un camino que les llevó más de 100 millones de años, confirma que la velocidad de la luz y la velocidad de la gravedad las ondas son iguales, y ambas son iguales al límite de velocidad cósmica, exactamente de acuerdo con las predicciones de la teoría de la gravedad de Einstein.
Luego, estos equipos informaron rápidamente a sus compañeros astrónomos sobre la necesidad de dirigir sus telescopios al área donde debería estar la fuente. Docenas de telescopios, de todo el mundo y del espacio, buscaron ondas electromagnéticas con una amplia gama de frecuencias, dirigidas aproximadamente en la dirección correcta, y escanearon el cielo en busca de algo inusual. (Uno de los problemas era que el objeto deseado estaba en el cielo cerca del Sol, por lo que solo se podía ver en la oscuridad y solo una hora cada noche). ¡Y se descubrió la luz! En todas las frecuencias! El objeto resultó ser muy brillante, por lo que es muy fácil encontrar la galaxia en la que tuvo lugar la fusión. La luz brillante era visible en rayos gamma, luz ultravioleta, luz infrarroja, rayos X y radio. (Esta vez, no se detectaron neutrinos, partículas que pueden usarse como otra forma de observar explosiones distantes).
¡Y con tanta información puedes descubrir tanto!
Lo más importante, probablemente, es esto: a partir de las leyes que están presentes en el espectro de la luz, se confirma la hipótesis de que la fusión de estrellas de neutrones es importante, posiblemente las fuentes predominantes de la aparición de muchos elementos químicos pesados: yodo, iridio, cesio, oro, platino, etc. surgiendo a altas temperaturas en tales colisiones. Se consideró que la fuente más probable eran las mismas supernovas que forman NS. Pero ahora, aparentemente, resultó que la segunda etapa en la vida de Nueva Zelanda, fusionarse, no nacer, es igual de importante. Esto es sorprendente porque las fusiones NS son mucho menos comunes que las explosiones de supernovas. En nuestra galaxia, la supernova de la Vía Láctea estalla aproximadamente una vez cada cien años, pero transcurren decenas de milenios entre la aparición de tales "kilones" en las fusiones NS.
Si algo en esta noticia es decepcionante, es esto: casi todo lo que se observó en estos experimentos se predijo de antemano. A veces es más importante y más útil si tus predicciones no están completamente justificadas, porque entonces entiendes cuánto aún tienes que averiguar. Obviamente, nuestra comprensión de la gravedad, NS, sus fusiones, todo tipo de fuentes de radiación electromagnética que surgen en estas fusiones, es mucho mejor de lo que piensas. Pero, afortunadamente, hay varios rompecabezas nuevos. Las radiografías llegan tarde; los rayos gamma eran débiles; pronto aprenderemos más sobre esto, ya que la NASA realizará una nueva conferencia.
Algunos temas de la conferencia:
- Se obtuvo nueva información en el interior del NS, que afecta cuán grandes pueden ser y cómo se fusionan exactamente.
- La primera imagen de una fuente de ondas gravitacionales en luz visible, ubicada en la parte posterior de una galaxia distante, se obtuvo utilizando el telescopio Swope. El centro de la galaxia es un círculo de luz, y las flechas indican el lugar de la explosión.
- Los cálculos teóricos de la explosión del kilón indican que los fragmentos de la explosión deberían bloquear la luz visible con bastante rapidez, por lo que la explosión se desvanece rápidamente en la luz visible, pero la luz infrarroja permanece mucho más tiempo. Las observaciones de telescopios en los rangos visible e infrarrojo confirman este aspecto de la teoría; Esta evidencia se puede ver en la imagen de arriba, donde después de cuatro días el punto brillante se ha vuelto mucho más tenue y mucho más rojo.
- Evaluación: la masa total de oro y platino que surgió en esta explosión es mucho mayor que la masa de la Tierra.
- Clasificación: estas estrellas de neutrones se formaron hace unos 10 mil millones de años. Giraron entre sí la mayor parte de la historia del Universo, y terminaron su existencia hace solo 130 millones de años, dando lugar a una explosión recientemente descubierta.
- Un gran misterio: todas las explosiones de rayos gamma anteriores que registramos brillaban en rayos ultravioleta y rayos X exactamente de la misma manera que en el rango gamma. Pero esta vez, las radiografías no aparecieron, al menos no de inmediato. Esta fue una gran sorpresa. El telescopio Chandra tardó 9 días en detectar rayos X que eran demasiado tenues para cualquier otro telescopio. ¿Significa esto que dos NS crearon un BH, que luego creó un chorro ( flujo relativista ) de materia, dirigido no directamente a nosotros y resaltando la materia en el espacio interestelar? Tal oportunidad se propuso hace 20 años, pero se obtuvo evidencia a su favor por primera vez.
- Otra sorpresa: tardó 16 días en abrir las ondas de radio, y las abrieron con el más potente de los radiotelescopios existentes, Very Large Array . ¡Desde entonces, la emisión de radio aumenta el brillo! Esto, como en el caso de los rayos X, respalda la idea de un chorro dirigido lejos de nosotros.
- Hasta este momento, no hemos visto nada como este destello de rayos gamma, o, más precisamente, no lo reconocimos. Cuando los rayos gamma no tienen un componente de rayos X que aparece casi de inmediato, simplemente se ve extraño y un poco misterioso. Es más difícil observarlo que la mayoría de los flashes, porque si el chorro no nos mira directamente, su resplandor desaparece rápidamente. Además, si el chorro nos mira, resulta tan brillante que nos ciega y no nos permite reconocer los detalles de las propiedades del kilón. Pero esta vez, LIGO / VIRGO les dijo a los científicos: "Sí, esta es una fusión de NS", lo que condujo a un estudio detallado en todas las frecuencias electromagnéticas, incluido un estudio de varios días del paciente sobre los rayos gamma y las emisiones de radio. En otros casos, estas observaciones cesarían poco después del comienzo, y la historia completa podría no interpretarse correctamente.