Un extraño resplandor de rayos X visto en el cielo tres años y medio después de una colisión épica entre dos estrellas de neutrones es una novedad para la ciencia.
Según los astrónomos que estudian la región del espacio, podría ser el resplandor de la explosión de kilonova generada por la fusión, probablemente producida por una onda de choque de la explosión que se estrelló contra el polvo en la región del espacio alrededor de la explosión.
Alternativamente, el brillo podría ser producido por el material expulsado durante la explosión que cae sobre el objeto recién fusionado, probablemente un agujero negro de baja masa.
De cualquier manera, el fenómeno parece no haber sido detectado antes.
“Hemos entrado en un territorio desconocido aquí al estudiar las consecuencias de una fusión de estrellas de neutrones”, dice la astrónoma Aprajita Hajela de la Universidad del Noroeste.
“Estamos viendo algo nuevo y extraordinario por primera vez. Esto nos da la oportunidad de estudiar y comprender nuevos procesos físicos, que no se habían observado antes”.
La explosión en sí, detectada por primera vez el 17 de agosto de 2017, fue un evento absolutamente épico. Por primera vez, los astrónomos detectaron el momento en que dos estrellas de neutrones, unidas en una órbita cada vez más decadente, chocaron y fusionaron.
El evento, llamado GW170817, no solo fue capturado utilizando el nuevo campo de la astronomía de ondas gravitacionales, sino también en luz en todo el espectro.
La fusión produjo una explosión de kilonova, una explosión 1000 veces más brillante que una nova clásica. El análisis de la luz de esta explosión reveló que las colisiones de estrellas de neutrones producen estallidos de rayos gamma; que chorros casi a la velocidad de la luz son expulsados por la explosión; y que, en el ambiente energético durante la explosión, se forman metales pesados como oro, platino y uranio.
Debido a que esta era una observación completamente nueva, los astrónomos continuaron observando la región del cielo donde ocurrió, a unos 132 millones de años luz del Sistema Solar.
En longitudes de onda de rayos X, notaron algo realmente peculiar. Nueve días después del estallido de rayos gamma, la fuente comenzó a brillar en todo el espectro, alcanzando su punto máximo 160 días después de la fusión. Entonces, el brillo se desvaneció rápidamente. Esto se interpretó como un jet relativista.
Sin embargo, aunque el brillo se desvaneció en la mayor parte del espectro, a partir de 2020 se estabilizó en longitudes de onda de rayos X, una luz constante que persiste en la oscuridad del espacio.
(Rayos X: NASA/CXC/Northwestern Univ./A. Hajela et al.; Ilustración: NASA/CXC/M.Weiss)
Arriba: Impresión artística del resplandor de GW170817, con imagen de rayos X insertada.
“El hecho de que los rayos X dejaran de desvanecerse rápidamente fue nuestra mejor evidencia hasta ahora de que se está detectando algo además de un chorro en los rayos X de esta fuente”. dice la astrofísica Raffaella Margutti de la Universidad de California en Berkeley.
“Parece que se necesita una fuente completamente diferente de rayos X para explicar lo que estamos viendo”.
Según el análisis del equipo, la mejor opción para el brillo es un choque relativista cuando la eyección de la colisión explota en el espacio. Esto, dicen, es similar a un estampido sónico, aquí en la Tierra: a medida que este material se expande en el espacio alrededor de la fusión, choca contra el gas, generando choques que calientan el gas y provocan el brillo de rayos X.
Si este es el caso, sugiere que la formación de un agujero negro a partir de las dos estrellas de neutrones no fue un proceso rápido.
La otra explicación es que, cuando se formó el agujero negro, el material a su alrededor comenzó a caer sobre él, después de ensamblarse en un disco de acreción giratorio. Este disco en órbita, calentado por la gravedad y la fricción, también emitiría radiación X.
Cualquier escenario, una onda de choque de kilonova o material que cae en un agujero negro recién formado en una fusión de estrellas de neutrones, sería el primero.
Los astrónomos continuarán observándolo para ver cómo cambia el comportamiento. Si aumenta en las emisiones de radio en los próximos años, es probable que sea una onda de choque. Si continúa de manera constante y luego disminuye el brillo, es probable que se trate de una acumulación de agujeros negros. Cualquiera que sea, nos dirá algo nuevo sobre las fusiones de estrellas de neutrones.
“Un estudio adicional de GW170817 podría tener implicaciones de gran alcance”, dice la astrónoma Kate Alexander de la Universidad del Noroeste.
“La detección del resplandor de una kilonova implicaría que la fusión no produjo inmediatamente un agujero negro. Alternativamente, este objeto puede ofrecer a los astrónomos la oportunidad de estudiar cómo la materia cae en un agujero negro unos años después de su nacimiento”.
La investigación se publicará en el último número de Las cartas del diario astrofísicoy está disponible en el servidor de preimpresión arXiv.