Espiando ondas gravitacionales

Novedades on 16 Oct , 2017

Tres detectores de ondas gravitacionales, dos pertenecientes al proyecto LIGO, en Estados Unidos, y un tercero ubicado en Italia, identificaron una señal procedente de la galaxia elíptica NGC 4993.Más de 60 telescopios terrestres y satelitales centraron su mirada sobre esa galaxia y lograron captar el destello que produjo la colisión de dos estrellas de Neutrones. Hasta el presente, nunca se había podido registrar este tipo de eventos cósmicos. La Estación Astrofísica de Bosque Alegre también participó en el descubrimiento

Apenas unos días después de recibir el Premio Nobel de Física por la detección de ondas gravitacionales, el observatorio LIGO anuncia un nuevo evento, esta vez se trata de ondas producidas por la colisión de dos estrellas de neutrones, un hito mayor en la astrofísica.

Sucedió el 17 de agosto cuando los detectores gemelos de ondas gravitacionales en Livingston (Louisiana, EEUU) y en Hanford (Washington, EEUU) junto con el detector de similares características técnicas VIRGO, ubicado en Cascina (Italia) recibieron una señal mucho más potente que la anterior y de mayor duración, a la que denominaron GW170817

Los tres detectores triangularon la señal proveniente del Universo y delimitaron la región de proveniencia de la onda, dando así la alarma para que el resto de los telescopios y satélites del mundo observaran en aquella dirección en diferentes bandas del espectro electromagnético.

Los datos provistos por LIGO indicaban que la señal detectada era producida por dos objetos astrofísicos ubicados a una distancia cercana de 130 millones de años luz de la Tierra. Luego de 11 horas de búsqueda, telescopios terrestres pudieron resolver que la señal provenía de la galaxia elíptica NGC 4993, lo que llevó a su observación por más de 60 telescopios en la tierra y el espacio.

«Este descubrimiento marca un hito en la historia de la astronomía ya que es el primer evento cósmico observado tanto por su emisión de ondas gravitacionales como por la luz asociada al mismo» relata Mario Díaz, miembro de LIGO.

A diferencia de 2015, cuando las primeras ondas gravitacionales detectadas habían sido originadas por la colisión de dos agujeros negros –que no emiten luz visible, ni en ninguna otra longitud de onda–, en esta oportunidad el fenómeno pudo ser observado a través de ondas electromagnéticas resultantes del encuentro de dos estrellas de neutrones.

Las estrellas de neutrones son las más pequeñas y densas que se conocen y se originan a partir de la explosión de estrellas masivas, llamadas supernovas. Las estrellas que chocaron hace 130 millones de años provocando la onda formaban un sistema binario ( figura 2) donde a lo largo del tiempo sus órbitas se fueron acercando lentamente hasta que se fusionaron, provocando así la emisión de ondas gravitacionales que, en esta ocasión, tuvo una duración percibida por LIGO de 100 segundos y estuvo acompañada de un gran brillo que pudo ser observado desde la Tierra durante dos días.

TOROS: persiguiendo la señal

 A horas de haber recibido la alarma , los telescopios del mundo apuntaban en la dirección de la señal detectada. La colaboración TOROS con dos telescopios, el T80S ubicado en Cerro Tololo Chile y el Telescopio de la Estación Astrofísica de Bosque Alegre del Observatorio Astronómico de Córdoba, hicieron lo propio y pudieron tomar imágenes del singular evento cósmico, pero no todo fue tan sencillo; las condiciones climáticas y las pocas horas de oscuridad para observar el fenómeno hicieron transpirar a los astrónomos.

TOROS es una colaboración dirigida por tres científicos Argentinos, Diego García Lambas, Mario Díaz y Lucas Macri, pertenecientes respectivamente a la Universidad Nacional de Córdoba – CONICET, a la Universidad de Texas del Valle del Río Grande y a la Universidad de Texas A&M. La colaboración además incluye decenas de técnicos y científicos pertenecientes a estas instituciones.

«Pudimos observar el brillo con el telescopio de Chile con el cual tenemos convenio» cuenta  Macri y agrega «pero eso sucedió la primer noche, luego se nubló y para la segunda noche logramos utilizar el de Córdoba. Fue una suerte que no estuviera nublado, sino nuestra publicación no hubiera quedado tan bonita», bromea el investigador.

La primera imagen tomada desde Chile muestra la estrella en su máximo brillo, mientras que la de Bosque Alegre muestra cómo se va apagando ese brillo producido por el choque de las estrellas de neutrones. (Figura 3)

El proyecto TOROS comenzó a funcionar a mediados del año 2009 mediante un convenio entre estas instituciones, y tiene por objetivo instalar un telescopio propio en el Centro Astronómico Macón (CAM), ubicado en la Puna Salteña.

«Se viene trabajando hace tiempo en la instalación de Toros en el CAM –agrega García Lambas–.Es un proyecto ambicioso, pero que se hace con mucho esfuerzo. La cúpula y el telescopio fueron adquiridos desde la Universidad de Texas y están en proceso de ser enviadas a Tolar Grande, el pueblo más cercano al CAM.»
De acuerdo a García Lambas, titular de Instituto de Astronomía Teórica y Experimental (UNC-Conicet), contar con instalaciones propias le permitiría a TOROS observar todo el tiempo que
fuese necesario este tipo de eventos y continuar aportes fundamentales en el avance del conocimiento astronómico.

Somos polvo de estrellas

Estas observaciones proporcionaron a los investigadores una oportunidad sin precedente para poder entender más sobre la colisión de dos estrellas de neutrones, ya que las observaciones llevadas a cabo en varios observatorios, revelan señales de material recientemente sintetizado como oro o platino que resuelve después de décadas el misterio de dónde provienen los elementos más pesados que el hierro.

«Esto significa que estos elementos que encontramos en la tierra llegaron acá durante la misma formación del Sistema Solar, debido al choque de dos estrellas» explica Lucas Macri.

Otro de los misterios develados con esta observación fue lo que se llama estallido breve de rayos gama (GRB por sus siglas en inglés). Durante décadas se había sospechado que estos estallidos se producen durante la fusión de estrellas de neutrones pero hasta el momento no se habían podido comprobar, a raíz de la observación reciente se pudo detectar este fenómeno con el telescopio espacial Fermi, impulsando a los investigadores a trabajar en esta reciente área de la astrofísica que involucra los los eventos electromagnéticos más poderosos que se han observado.

Qué es una estrella de neutrones
por Mario Díaz
Es importante destacar esto: las estrellas nacen, viven y mueren de alguna manera como todo lo que es es capaz de desarrollar ciclos energéticos en el universo, es decir como los animales y los seres humanos.
En general las estrellas tiene características “morfológicas distintas”, algunas son más pesadas, otras menos, así como los humanos pueden ser más gordos o flacos.
Pero la principal fuente de energía de la estrellas, la que las mantiene viva es la combustión termonuclear del hidrógeno (el gas fundamental del que está compuesto el universo). Cuando este se acaba, la estrella se muere, pero la gravedad la única fuerza que sobrevive a la extinción de la fuerza nuclear que mantenía viva a la estrella mientras tenía gas, toma el control triunfal.
Como la gravedad es atractiva la materia de la estrella colapsa. Si la masa (la cantidad de materia) es como la del Sol, colapsa a lo que se llama una “enana blanca” (una estrellas casi tan pesada como el Sol pero que tiene un tamaño como el de la Tierra). Si la masa es de tres veces la del Sol o más, el colapso no se puede frenar y la gravedad “aprieta” a la materia de la estrella en un volumen, tan pero tan pequeño que la estrella es como un punto y su gravedad tan fuerte que ni la luz puede escapar: eso es un agujero negro. Cuando es ligeramente más masiva que el Sol como en el caso de los agujeros negros, el resultado es una estrella tan pesada como uno o dos Soles pero compactada en el volumen que ocupa una ciudad! O una estrella de neutrones.
Las estrellas de neutrones no son demasiado abundantes, conocemos a una docena de ellas en nuestra galaxia que giran una alrededor de la otra (lo que se llama un sistema binario).
En estos sistemas hemos detectado la pérdida de energía gravitacional porque se están acercando lentamente ( y en unos cientos de millones de años colisionarán) y a partir de estas observaciones sabemos que se acercan de la manera predicha por Einstein en consonancia con la emisión de radiación gravitacional.
Lo notable de la detección del 17 de agosto se corresponde a un sistema binario de estrellas de neutrones, cerrando perfectamente el círculo de teoría y observaciones, explicando todo lo que suponíamos teóricamente, y dejando numerosos nuevos interrogantes sobre el sistema resultante de la colisión, la producción copiosa de materiales pesados, y el devenir de nuevas observaciones que probaran las hipótesis sobre la diversidad de configuraciones vinculadas a estas colisiones en el cosmos tardío.

Los resultados de LIGO-VIRGO han sido publicados en la revista Physical Review Letters. Otros documentos de las colaboraciones por parte de la comunidad astronómica han sido presentados o aceptados para ser publicados en diversas publicaciones científicas.

El Análisis y colaboración realizadas por TOROS ya ha sido  publicado  en la revista Astrophysical Journal Letters

Figura 1 Imagen obtenida por la Colaboración TOROS de la Kilonova denominada CLT17ck. Obtenida con el telescopio T80S ubicado en Cerro Tololo Chile

Figura A Regiones del Universo hacia los que apuntaron los telescopios una vez detectada la onda gravitacional. Se puede apreciar  que para  GW170817)se buscó en un área mucho menor que  en los anteriores eventos

Figura 2 Representación artística de un sistema binario de estrellas de neutrones. NASA

Figura 3 Imagen obtenida por la Colaboración TOROS de la Kilonova denominada CLT17ck. Obtenida con el telescopio de la Estación Astrofísica de Bosque Alegre. Córdoba. Argentina

Figura 4 El mapa muestra donde está ubicado el Centro Astronómico Macón, (CAM), lugar donde se pretende instalar TOROS

Foto Investigadores principales del paper de colaboración TOROS.  Izquierda a derecha. Lucas Macri, Mario Díaz y  Diego García Lambas