Un destello de luz emitido por la colisión de estrellas de neutrones ha alterado una vez más nuestra comprensión de cómo funciona el Universo.
El análisis del breve estallido de rayos gamma que se produjo cuando las dos estrellas se fusionaron reveló que, en lugar de formar un agujero negro, como se esperaba, el producto inmediato de la fusión fue una estrella de neutrones altamente magnetizada, mucho más pesada que la masa máxima estimada de estrellas de neutrones.
Este magnetar parece haber persistido durante más de un día antes de colapsar en un agujero negro.
“Normalmente no se cree que sea posible una estrella de neutrones tan masiva con una larga esperanza de vida”, astrónoma Nuria Jordana-Mitjans de la Universidad de Bath en el Reino Unido. dicho El guardián. “Es un misterio por qué este fue tan longevo”.
Las estrellas de neutrones están en un espectro de cómo una estrella puede terminar al final de su vida. Durante millones o miles de millones (o potencialmente billones) de años, una estrella seguirá adelante, un motor que fusiona átomos en su núcleo caliente y presurizado.
Eventualmente, los átomos que una estrella puede fusionar se agotarán y, en este punto, todo explotará. La estrella expulsa su masa exterior y, ya no soportada por la presión hacia el exterior proporcionada por la fusión, el núcleo se colapsa bajo la presión de la gravedad hacia el interior.
La forma en que clasificamos estos núcleos colapsados depende de la masa del objeto. Los núcleos de las estrellas que comenzaron con alrededor de 8 veces la masa del Sol se colapsan en enanas blancas, que tienen un límite de masa superior de 1,4 masas solares, comprimidas en una esfera del tamaño de la Tierra.
Los núcleos de estrellas entre 8 y 30 masas solares se convierten en estrellas de neutrones, entre alrededor de 1,1 y 2,3 masas solares, en una esfera de solo 20 kilómetros (12 millas) de diámetro. Y las estrellas más grandes, por encima del límite de masa superior de la estrella de neutrones, colapsan en agujeros negros, según la teoría.
Pero hay una escasez muy notable de agujeros negros por debajo de 5 masas solares, por lo que lo que sucede en ese régimen de masas es en gran parte un misterio.
Esta es la razón por la cual las fusiones de estrellas de neutrones son tan interesantes para los astrónomos. Se producen cuando dos estrellas de neutrones están en un sistema binario y han alcanzado el punto de descomposición orbital en el que inevitablemente se unen y se convierten en un objeto que combina las dos estrellas de neutrones.
La mayoría de las estrellas de neutrones binarias tienen una masa combinada que excede el límite de masa superior teórico para las estrellas de neutrones. Por lo tanto, es probable que los productos de estas fusiones se asienten sólidamente dentro de esa brecha de masa entre la estrella de neutrones y el agujero negro.
Cuando chocan, las estrellas de neutrones binarias liberan un estallido de radiación de alta energía conocido como estallido de rayos gamma de corta duración. Los científicos habían pensado que estos solo podrían emitirse durante la formación de un agujero negro.
Pero exactamente cómo las estrellas de neutrones fusionadas se convierten en un agujero negro ha sido algo así como un rompecabezas. ¿El agujero negro se forma instantáneamente, o las dos estrellas de neutrones producen una estrella de neutrones muy pesada que luego colapsa en un agujero negro muy rápidamente, no más de unos pocos cientos de milisegundos después de la fusión?
GRB 180618A fue un estallido de rayos gamma de corta duración detectado en junio de 2018, luz que viajó 10.600 millones de años para llegar a nosotros. Jordana-Mitjans y sus colegas querían observar más de cerca la luz emitida por este objeto: el estallido en sí, la explosión de la kilonova y el resplandor residual de mayor duración.
Pero, cuando observaron la radiación electromagnética producida por el evento a lo largo del tiempo, algo estaba mal.
La emisión óptica del resplandor desapareció 35 minutos después del estallido de rayos gamma. El equipo descubrió que esto se debía a que se estaba expandiendo a una velocidad cercana a la de la luz, acelerado por una fuente de energía continua.
Esto no era consistente con un agujero negro, sino con una estrella de neutrones. Y no cualquier estrella de neutrones. Parecía ser lo que llamamos una magnetar: una con un campo magnético 1000 veces más poderoso que el de una estrella de neutrones ordinaria, y una cuatrillones de veces más poderoso que el de la Tierra. Y permaneció durante más de 100.000 segundos (casi 28 horas).
“Por primera vez,” Jordana-Medios says“nuestras observaciones resaltan múltiples señales de una estrella de neutrones superviviente que vivió al menos un día después de la muerte de la estrella binaria de neutrones original”.
No está claro qué podría haber ayudado a la magnetar a vivir tanto tiempo. Es posible que el campo magnético le diera un poco de ayuda, proporcionando un tirón hacia afuera que evitó que colapsara por completo, al menos por un tiempo.
Cualquiera que haya sido el mecanismo, y esto definitivamente va a justificar una mayor investigación, el trabajo del equipo muestra que las estrellas de neutrones supramasivas son capaces de lanzar ráfagas de rayos gamma de corta duración, y que ya no podemos asumir la presencia de un agujero negro.
“Tales hallazgos son importantes ya que confirman que las estrellas de neutrones recién nacidas pueden alimentar algunos GRB de corta duración y las emisiones brillantes en todo el espectro electromagnético que se han detectado acompañándolos”. Jordana-Medios dice.
“Este descubrimiento puede ofrecer una nueva forma de localizar fusiones de estrellas de neutrones y, por lo tanto, emisores de ondas gravitacionales, cuando estamos buscando señales en los cielos”.
La investigación ha sido publicada en El diario astrofísico.