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Hubble detecta una colisión estelar titánica que sacude el espacio y el tiempo

Astrónomos que utilizan el Telescopio Espacial Hubble de la NASA/ESA han realizado una medición única que indica que materia estelar fue lanzada a través del espacio a velocidades del 99,97% de la velocidad de la luz por una colisión titánica entre dos estrellas de neutrones.

Esta es una impresión artística de dos estrellas de neutrones colisionando. El choque entre dos densos restos estelares libera la energía de 1.000 explosiones de nova estelar estándar. Después de la colisión, un chorro de radiación soplete es expulsado a casi la velocidad de la luz. El chorro se dirige a lo largo de un haz estrecho confinado por poderosos campos magnéticos. El chorro rugiente arrolló y barrió material en el medio interestelar circundante. Crédito: Elizabeth Wheatley (STScI)

El evento explosivo, denominado GW170817, ocurrió en agosto de 2017. La explosión generó energía comparable a unaexplosión de supernova. Fue la primera vez que se detectaronondas gravitacionalesy rayos gamma juntos a partir de una fusión binaria de estrellas de neutrones.

Este fue un punto de inflexión significativo en la investigación de estas colisiones extraordinarias. Además del descubrimiento de las ondas gravitacionales, 70 observatorios en todo el mundo y en el espacio vieron las secuelas de esta fusión en una gran franja del espectro electromagnético. Esto marcó un desarrollo importante en el área del dominio del tiempo y la astrofísica multimensajero, que hace uso de una serie de “mensajeros”, incluidas las ondas gravitacionales y la luz para analizar la progresión del universo a través del tiempo.

Solo dos días después, los científicos rápidamente dirigieron el Hubble hacia la ubicación de la explosión. Las estrellas de neutrones colapsaron en unagujero negro, cuya fuerte gravedad comenzó a atraer materia hacia él. Este material giraba rápidamente, generando chorros que se movían hacia afuera desde sus polos. El rugiente chorro se estrelló y barrió los escombros de la capa cada vez mayor de escombros de explosión. Esto incluía una mancha de material de la que emergió un chorro.

A pesar de que el evento ocurrió en 2017, los científicos han tardado varios años en descubrir cómo analizar los datos del Hubble, así como los datos de otros telescopios para pintar esta imagen completa.

La observación del Hubble se combinó con observaciones de múltiples radiotelescopios de la National Science Foundation que trabajaron juntos para una interferometría de línea de base muy larga (VLBI). Los datos de radio fueron tomados 75 días y 230 días después de la explosión.

“Me sorprende que el Hubble pueda darnos una medición tan precisa, que rivaliza con la precisión lograda por los potentes telescopios VLBI de radio repartidos por todo el mundo”, dijo Kunal P. Mooley de Caltech en Pasadena, California, autor principal de un artículo que se publicó recientemente en la revista Nature.

Los autores utilizaron datos del Hubble junto con datos del satélite Gaia de la ESA (Agencia Espacial Europea), además de VLBI, para lograr una precisión extrema. “Se necesitaron meses de análisis cuidadoso de los datos para hacer esta medición”, dijo Jay Anderson, delInstituto de Ciencia del Telescopio Espacialen Baltimore, Maryland.

Al combinar las diferentes observaciones, pudieron identificar el lugar de la explosión. La medición del Hubble mostró que el chorro se movía a una velocidad aparente de siete veces la velocidad de la luz. Las observaciones de radio muestran que el chorro más tarde desaceleró a una velocidad aparente de cuatro veces más rápido que la velocidad de la luz.

En realidad, nada puede exceder la velocidad de la luz, por lo que este movimiento “superlumín” es una ilusión. Debido a que el chorro se acerca a la Tierra casi a la velocidad de la luz, la luz que emite en un momento posterior tiene una distancia más corta por recorrer. En esencia, el jet está persiguiendo su propia luz. En realidad, ha pasado más tiempo entre la emisión de luz del chorro de lo que el observador piensa. Esto hace que la velocidad del objeto se sobreestime, en este caso aparentemente excediendo la velocidad de la luz.

“Nuestro resultado indica que el avión se movía al menos al 99,97% de la velocidad de la luz cuando fue lanzado”, dijo Wenbin Lu de laUniversidad de California, Berkeley.

Las mediciones del Hubble, combinadas con las mediciones VLBI, anunciadas en 2018, fortalecen en gran medida la conexión largamente presumida entre las fusiones de estrellas de neutrones y los estallidos de rayos gamma de corta duración. Esa conexión requiere que surja un chorro de rápido movimiento, que ahora se ha medido en GW170817.

Este trabajo allana el camino para estudios de mayor precisión de las fusiones de estrellas de neutrones, detectadas por los observatorios de ondas gravitacionales LIGO, Virgo y KAGRA. Con una muestra lo suficientemente grande en los próximos años, las observaciones relativistas de chorros podrían proporcionar otra línea de investigación para medir la tasa de expansión del universo, asociada con un número conocido como la constante de Hubble.

En la actualidad, existe una discrepancia entre los valores de las constantes de Hubble estimados para el universo temprano y el universo cercano, uno de los mayores misterios de la astrofísica actual. Los diferentes valores se basan en mediciones extremadamente precisas de supernovas de Tipo Ia por Hubble y otros observatorios, y mediciones de fondo cósmico de microondas por el satélite Planck de la ESA. Más vistas de chorros relativistas podrían agregar información para los astrónomos que intentan resolver el rompecabezas.

Referencia: “Optical superluminal motion measurement in the neutron-star merger GW170817” por Kunal P. Mooley, Jay Anderson y Wenbin Lu, 12 de octubre de 2022, Nature. DOI: 10.1038/s41586-022-05145-7

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