Detectado evento catastrófico entre estrellas de neutrones

Se detectan por primera vez ondas gravitacionales y luz fruto del choque de dos estrellas de neutrones.

Cuando se detectaron hace ya dos años por primera vez en la historia ondas gravitacionales, fruto de la colisión de dos agujeros negros, se abrió una nueva ventana hacia el cosmos. A esta nueva ventana, ya no llegan ondas gravitacionales solas, sino acompañadas de todo tipo de luz.

El 17 de agosto de este año los dos detectores de LIGO, el observatorio de ondas gravitacionales mediante la interferometría laser, consiguieron por quinta vez en la historia detectar ondas gravitacionales.

Sin embargo esta vez fue distinta a las anteriores porque no provenía de la colisión de dos agujeros negros, sino del choque de dos estrellas de neutrones. A diferencia de los casos anteriores en los que las ondas eran detectables solamente alrededor de un segundo, esta vez el proceso ha sido de unos cien segundos.

Las primeras detecciones ya han llevado al Premio Nobel de Física de 2017 anunciado a principios de octubre. Se otorgó a Rainer Weiss, Barry Barish y Kip Thorne «por sus contribuciones decisivas en el detector de LIGO y la observación de ondas gravitacionales». Kip Thorne fue por cierto también el asesor científico de la película Interestelar que ha contribuido también a la divulgación científica de los agujeros negros.

No ha sido hasta el 16 de octubre que una colección de 15 artículos han sido publicados en revistas como Science y Nature describiendo el nuevo hito. Esta vez sólo han transcurrido dos meses entre detección y anuncio de los resultados. Esto es por porque los científicos han ganado en confianza tanto en sí mismos como por parte de la comunidad científica.

El descubrimiento contiene novedades diversas. No sólamente han sido detectadas ondas gravitacionales sino también ondas electromagnéticas, es decir luz. Esto es fruto de que una vez detectadas las ondas gravitacionales, LIGO advirtió a los compañeros de los observadores «convencionales» de la astrofísica que apuntasen sus telescopios en la dirección de la fuente detectada de ondas gravitacionales.

De esta manera se han observado ondas electromagnéticas del suceso en todo su espectro: rayos X, ultravioleta, el espectro visible, infrarojo y radio. Esta nueva forma de hacer ciencia de una manera más colectiva ya fue anticipada por Jennifer Seiler en la entrevista que le hicimos hace un año para Foros21.

En total 70 observatorios astronómicos fueron capaces de captar el evento y llegar por tanto a una observación mucho más completa del proceso de colisión de las estrellas de neutrones.

Pero volvamos al evento catastrófico. El choque ha sido entre estrellas de neutrones. ¿Qué es una estrella de este tipo? Es la estrella más compacta, es decir la más pequeña y más pesada que existe en el universo. Como el nombre indica está formada casi exclusivamente por neutrones, partículas subatómicas que normalmente están en un núcleo atómico. Nacen de la explosión de estrellas muy masivas y son comprimidas fruto de la acción de la gravedad. Un trozo del tamaño de una caja de cerillas de una estrella de neutrones pesa 3 mil milliones de toneladas, una cifra inimaginable.

Es esa concentración enorme de materia y su choque lo que ha creado esas perturbaciones del espacio-tiempo que se emiten en el proceso.

Aunque ondas gravitacionales se crean básicamente ahí donde hay movimiento de masa, dado su tamaño minúsculo, sólo hay posibilidades de detectarlas en acontecimientos «catastróficos», como por ejemplo la fusión de agujeros negros o en este caso estrellas de neutrones.

¿Qué más ha aportado esta nueva detección?

En el proceso detectado y observado se ha emitido una ráfaga fuerte y de corta duración de rayos gamma. Estas ráfagas se habían observado en numerosas ocasiones y hasta ahora era sólo una hipótesis teórica que fuesen fruto de una colisión de estrellas de neutrones. Con la observación se ha dado por lo tanto un paso en la comprensión de las ráfagas de rayos gamma, que son muy importantes en astrofísica porque son los eventos electromagnéticos más luminosos que se conocen en el universo.

La observación también contribuye a entender mejor el origen de la mitad más pesada de los elementos. Los más ligeros como el hidrógeno o el helio se produjeron al poco tiempo del Big Bang. En ese momento también existían algunas trazas de los elementos litio y berilio, pero poco más.

Vida y muerte de una estrella

Una vez que el universo se enfrió, del polvo cósmico y gases, se formaron las estrellas, que al tiempo se agruparon en galaxias. Una vez que el núcleo estelar se queda sin su combustible, el hidrógeno, la estrella empieza a morir. Primero se expande y se convierte en un «gigante rojo». En este proceso se fusionan atomos de helio para dar lugar a átomos de carbono, los bloques fundamentales de la vida. Dependiendo de la masa de la estrella se pueden crear por fusión nuclear desde el oxigeno hasta el hierro.

¿Cómo se crean los elementos más pesados?

Se crean en explosiones conocidas como supernovas. El choque detectado y observado de las estrellas de neutrones es un ejemplo de ello, un ejemplo de lo que se llama «proceso rápido», una explosión en la cual se crean y esparcen la mitad más pesada de elementos, desde uranio hasta oro.

Vemos que no era exagerada la expresión «nueva ventana hacia el cosmos» utilizada en la primera detección de ondas gravitacionales. Los datos acumulados en esta última detección van a dar trabajo a los científicos durante años, aunque está claro que se les va a acumular el trabajo, fruto de próximas observaciones que llegarán seguro.

La primera detección de ondas gravitacionales, y su Premio Nobel de la Física correspondiente, no ha sido más que el pistoletazo de salida de muchas otras detecciones y observaciones, que contribuirán a conocer cuestiones fundamentales, por ejemplo cómo se formaron los elementos de los que estamos formados. De momento parece que de un formidable polvo estelar.