El sorprendente choque de dos estrellas de neutrones

En nuestro universo casi infinito, las estrellas aún pueden chocar. Cuando esto ocurre entre un par de ellas llamadas estrellas de neutrones, el espectáculo de fuegos artificiales resultante, llamado kilonova, resulta casi incomprensible. La energía liberada por la colisión brilla brevemente 100 millones de veces más que nuestro Sol.

¿Qué queda del choque? Típicamente un objeto aún más aplastado llamado agujero negro. Pero en este caso el telescopio Hubble encontró pistas de algo aún más extraño que ocurrió después de la colisión.

El intenso flujo de rayos gamma (GRB 200522A) que advirtió a los astrónomos de este evento ha sido visto antes en otros choques estelares. Pero algo inesperado apareció en la visión del Hubble en el infrarrojo cercano. El chorro de radiación –que iba desde los rayos X a las ondas de radio- parecía normal, pero la radiación infrarroja en particular no lo era tanto. Fue 10 veces más brillante que lo predicho para las kilonovas. Sin el Hubble, el estallido de rayos gamma habría aparecido como muchos otros, y los científicos no habrían sabido del extraño componente infrarrojo.

La explicación más plausible es que dos estrellas de neutrones en colisión se fusionaron para formar una estrella de neutrones más masiva (no un agujero negro). Algo así como aplastar dos escarabajos Volkswagen juntos y conseguir una limusina. De esta nueva bestia brotó un poderoso campo magnético, convirtiéndola en una clase única de objeto llamado magnetar. El magnetar depositó energía en el material eyectado, causando que brillara aún más en luz infrarroja de lo que se predijo. (Si un magnetar se moviera a menos de 160.000 km de la Tierra, su intenso campo magnético borraría los datos de todas las tarjetas de crédito de nuestro planeta).

Esta imagen muestra el resplandor de una kilonova causado por la fusión de dos estrellas de neutrones. La kilonova, aparece como un punto brillante (indicado por la flecha) en la parte superior izquierda de la galaxia anfitriona. Se cree que la fusión de las estrellas de neutrones ha producido un magnetar, que tiene un campo magnético extremadamente poderoso. La energía de ese magnetar hizo brillar el material expulsado de la explosión. (Foto: NASA, ESA, W. Fong (Northwestern University), y T. Laskar (University of Bath, UK))

"Estas observaciones no encajan con las explicaciones tradicionales de los estallidos cortos de rayos gamma", dijo el líder del estudio Wen-fai Fong de la Universidad Northwestern en Evanston, Illinois. "Dado lo que sabemos sobre las ondas de radio y los rayos X de esta explosión, simplemente no concuerda. La emisión en el infrarrojo cercano que estamos encontrando con el Hubble es demasiado brillante. En términos de tratar de encajar las piezas de este estallido de rayos gamma, una pieza del rompecabezas no encaja correctamente".

Sin el Hubble, el estallido de rayos gamma habría aparecido como muchos otros, y Fong y su equipo no habrían sabido del extraño comportamiento del infrarrojo. "Me sorprende que después de 10 años de estudiar el mismo tipo de fenómeno, podamos descubrir un comportamiento sin precedentes como este", dijo Fong. "Solo revela la diversidad de explosiones que el universo es capaz de producir, lo cual es muy emocionante".

Los intensos destellos de rayos gamma de estas explosiones parecen provenir de chorros de material que se mueven extremadamente cerca de la velocidad de la luz. Los chorros no contienen mucha masa, tal vez una millonésima parte de la masa del Sol, pero debido a que se mueven tan rápido, liberan una tremenda cantidad de energía a través de todas las longitudes de onda de la luz. Este particular estallido de rayos gamma fue uno de los raros casos en que los científicos pudieron detectar la luz a través de todo el espectro electromagnético.

"A medida que los datos llegaban, nos formábamos una imagen del mecanismo que producía la luz que veíamos", dijo el co-investigador del estudio, Tanmoy Laskar, de la Universidad de Bath en el Reino Unido. "A medida que recibimos las observaciones del Hubble, tuvimos que cambiar completamente nuestro proceso de pensamiento, porque la información que añadió el Hubble nos hizo darnos cuenta de que teníamos que descartar nuestro pensamiento convencional, y que había un nuevo fenómeno en marcha. Luego tuvimos que averiguar lo que eso significaba para la física detrás de estas explosiones extremadamente energéticas".

Las fusiones de estrellas de neutrones son muy raras pero son extremadamente importantes porque los científicos piensan que son una de las principales fuentes de elementos pesados en el universo, como el oro y el uranio.

Acompañando a un estallido corto de rayos gamma, los científicos esperan ver una "kilonova" cuyo pico de brillo alcanza típicamente 1.000 veces el de una nova clásica. Las kilonovas son un resplandor óptico e infrarrojo de la desintegración radiactiva de los elementos pesados y son exclusivas de la fusión de dos estrellas de neutrones, o la fusión de una estrella de neutrones con un pequeño agujero negro.

Fong y su equipo han discutido varias posibilidades para explicar el inusual brillo que vio el Hubble. Mientras que la mayoría de los estallidos cortos de rayos gamma probablemente dan lugar a un agujero negro, las dos estrellas de neutrones que se fusionaron en este caso pueden haberse combinado para formar un magnetar, una estrella de neutrones supermasiva con un campo magnético muy poderoso.

"Básicamente tienes estas líneas de campo magnético que están ancladas a la estrella y que se mueven alrededor de mil veces por segundo, y esto produce un viento magnetizado", explicó Laskar. "Estas líneas de campo giratorio extraen la energía de rotación de la estrella de neutrones formada en la fusión, y depositan esa energía en la eyección de la explosión, haciendo que el material brille aún más".

Si el brillo extra vino de un magnetar que depositó energía en el material de la kilonova, entonces en unos pocos años, el equipo espera que el material eyectado de la explosión produzca luz que aparezca en longitudes de onda de radio. Las observaciones de radio de seguimiento podrán finalmente probar que se trataba de un magnetar, y esto puede explicar el origen de tales objetos. (Fuente: NCYT Amazings)