Importante avance en la comprensión de cómo colisionan las estrellas de neutrones

Ciudad de México, 8 de julio de 2020 (Europa Press) - Un equipo internacional de investigadores, dirigido por la Universidad de East Anglia, en Reino Unido, han realizado un importante avance sobre cómo entender las colisiones de estrellas muertas y la expansión del Universo. El avance, que publica la revista 'Nature', proporciona pistas sobre misterios sin resolver en astrofísica, incluida la tasa de expansión del Universo o constante de Hubble.

El equipo ha descubierto, utilizando el radiotelescopio de Arecibo, en Puerto Rico, un púlsar inusual, uno de los 'faros' de estrellas de neutrones giratorios magnetizados del espacio profundo que emite ondas de radio altamente enfocadas desde sus polos magnéticos.

El púlsar recién descubierto (conocido como PSR J1913 + 1102) es parte de un sistema binario, lo que significa que está bloqueado en una órbita ferozmente apretada con otra estrella de neutrones.

Las estrellas de neutrones son los restos estelares muertos de una supernova. Están formados por la materia más densa conocida, ya que engloba cientos de miles de veces la masa de la Tierra en una esfera del tamaño de una ciudad.

En alrededor de medio billón de años, las dos estrellas de neutrones colisionarán, liberando cantidades asombrosas de energía en forma de ondas gravitacionales y luz. Pero el púlsar recién descubierto es inusual porque las masas de sus dos estrellas de neutrones son bastante diferentes, con una mucho más grande que la otra.

Este sistema asimétrico da a los científicos la confianza de que las fusiones de estrellas de neutrones dobles proporcionarán pistas vitales sobre misterios sin resolver en astrofísica, incluida una determinación más precisa de la tasa de expansión del Universo, conocida como la constante de Hubble.

El investigador principal, el doctor Robert Ferdman, de la Facultad de Física de la UEA, recuerda que "en 2017, los científicos del Observatorio de ondas gravitacionales del interferómetro láser (LIGO) detectaron por primera vez la fusión de dos estrellas de neutrones. El evento causó ondas de ondas gravitacionales a través de la estructura del espacio-tiempo, como lo predijo Albert Einstein hace más de un siglo".

Conocido como GW170817, este espectacular evento también se vio con telescopios tradicionales en observatorios de todo el mundo, que identificaron su ubicación en una galaxia distante, a 130 millones de años luz de nuestra propia Vía Láctea.

"Confirmó que el fenómeno de las explosiones cortas de rayos gamma se debió a la fusión de dos estrellas de neutrones --añade--. Y ahora se cree que estas son las fábricas que producen la mayoría de los elementos más pesados el Universo, como el oro".

El poder liberado durante la fracción de segundo cuando dos estrellas de neutrones se fusionan es enorme, se estima que es decenas de veces más grande que todas las estrellas del Universo combinadas. Así, el evento GW170817 no fue sorprendente. Pero la enorme cantidad de materia expulsada de la fusión y su brillo era un misterio inesperado.

"La mayoría de las teorías sobre este evento suponían que las estrellas de neutrones bloqueadas en sistemas binarios son muy similares en masa --apunta Ferdman--. Nuestro nuevo descubrimiento cambia estos supuestos. Hemos descubierto un sistema binario que contiene dos estrellas de neutrones con masas muy diferentes. Estas estrellas colisionarán y se fusionarán en unos 470 millones de años, lo que parece mucho tiempo, pero es solo una pequeña fracción de la edad del Universo".

Según asegura, "debido a que una estrella de neutrones es significativamente más grande, su influencia gravitacional distorsionará la forma de su estrella compañera, eliminando grandes cantidades de materia justo antes de que realmente se fusionen, y potencialmente interrumpiéndola por completo. Esta 'interrupción de la marea' expulsa una mayor cantidad de material caliente de lo esperado para los sistemas binarios de igual masa, lo que resulta en una emisión más potente.

Y añade que, "aunque GW170817 puede explicarse por otras teorías, podemos confirmar que un sistema padre de estrellas de neutrones con masas significativamente diferentes, similar al sistema PSR J1913 + 1102, es una explicación muy plausible. Quizás lo más importante es que el descubrimiento destaca que hay muchos más de estos sistemas por ahí, lo que constituye más de uno de cada 10 binarios de estrellas de neutrones dobles fusionados".

El coautor, el doctor Paulo Freire, del Instituto Max Planck de Radioastronomía en Bonn (Alemania), señala que "tal interrupción permitiría a los astrofísicos obtener nuevas pistas importantes sobre la materia exótica que compone el interior de estos objetos extremos y densos".

"Este asunto sigue siendo un gran misterio: es tan denso que los científicos aún no saben de qué está hecho realmente --reconoce--. Estas densidades están mucho más allá de lo que podemos reproducir en los laboratorios terrestres".

La interrupción de la estrella de neutrones más ligera también mejoraría el brillo del material expulsado por la fusión. Esto significa que, junto con los detectores de ondas gravitacionales como el LIGO con sede en Estados Unidos, y el detector Virgo, con sede en Europa, los científicos también podrán observarlos con telescopios convencionales.

"Emocionantemente, esto también puede permitir una medición completamente independiente de la constante de Hubble: la velocidad a la que el Universo se está expandiendo --apunta Ferdman--. Los dos métodos principales para hacer esto actualmente están en desacuerdo entre sí, por lo que esto es crucial forma de romper el punto muerto y comprender con más detalle cómo evolucionó el Universo".