Captadas por primera vez luz y ondas gravitacionales de una explosi¨®n estelar

Por primera vez desde que Einstein predijo su existencia hace m¨¢s de un siglo se han captado casi al mismo tiempo las ondas gravitacionales y el estallido de luz producidos por la fusi¨®n de dos estrellas de neutrones, las m¨¢s peque?as y densas del universo.

Estos astros son los restos de estrellas de gran masa que consumieron todo su combustible at¨®mico y estallaron produciendo una supernova. Lo que queda despu¨¦s es una estrella de materia a tan alta presi¨®n que tiene un di¨¢metro de apenas 20 kil¨®metros y donde una cucharadita de neutrones pesa unos mil millones de toneladas.

La fusi¨®n de las dos estrellas de neutrones observadas sucedi¨® hace 130 millones de a?os en NGC 4993, una galaxia de la constelaci¨®n de Hidra, la m¨¢s grande entre las 88 conocidas. Al aproximarse y chocar, los dos astros liberaron parte de su masa en forma de ondas gravitacionales que se expandieron por el universo a la velocidad de la luz y que, seg¨²n vaticin¨® Albert Einstein con la Teor¨ªa General de la Relatividad, deformaron a su paso el espacio y el tiempo hasta llegar a la Tierra.

El pasado 17 de agosto, a las 8:41 de la ma?ana hora local, el software de detecci¨®n autom¨¢tica del observatorio de ondas gravitacionales LIGO en Hanford?(EE UU) hizo saltar la alarma ante una nueva vibraci¨®n en los interfer¨®metros de luz l¨¢ser. Las mismas ondas fueron captadas tambi¨¦n a m¨¢s de 3.000 kil¨®metros de all¨ª por el detector gemelo de LIGO, en Luisiana, y en Pisa, en Italia, por su hom¨®logo europeo Virgo. Dos segundos despu¨¦s, el telescopio espacial Fermi de la NASA y el Integral de la Agencia Espacial Europea observaron un estallido de rayos gamma, el tipo de explosi¨®n m¨¢s potente en el universo despu¨¦s del Big Bang. Estos observatorios determinaron el punto del cielo del que proven¨ªan las se?ales y lanzaron alertas internacionales a decenas de telescopios en todo el mundo. Al atardecer de ese d¨ªa los potentes telescopios del Observatorio Austral Europeo ya apuntaban hacia all¨ª. En cuesti¨®n de semanas, unos 70 observatorios de todo el mundo captaron el evento en todo el espectro electromagn¨¦tico, desde los rayos x a las ondas de radio pasando por la luz visible y el infrarrojo.

En estas estrellas tan densas una cucharadita de neutrones pesa unos mil millones de toneladas

Este violento fen¨®meno astron¨®mico es el primero en la historia que se ha podido ver y escuchar de forma simult¨¢nea gracias a los telescopios convencionales y los detectores de ondas gravitatorias. Estas vibraciones fueron descubiertas hace apenas dos a?os. Desde entonces LIGO ha captado cuatro fen¨®menos, todos producidos por agujeros negros, y sus padres cient¨ªficos han ganado este a?o el Nobel de F¨ªsica por ello.

Esta nueva se?al es la primera que proviene de otro tipo de objetos ¡ªlas estrellas de neutrones¡ª y tambi¨¦n la m¨¢s larga y cercana que se ha captado ¡ªa 130 millones de a?os luz¡ª, tanto que ha abarcado todo el rango de frecuencias de LIGO, muy parecidas a las de los instrumentos musicales.

Es el primer fen¨®meno astron¨®mico que se ha podido ver y escuchar de forma simult¨¢nea gracias a los telescopios convencionales y los detectores de ondas gravitacionales

¡°Este es el evento de ondas gravitacionales m¨¢s intenso jam¨¢s detectado¡±, resalta Alicia Sintes, jefa del grupo de gravitaci¨®n y relatividad de la Universidad de Islas Baleares, que forma parte de la colaboraci¨®n internacional LIGO. ¡°La se?al de la fusi¨®n ha durado 100 segundos, mientras que las anteriores apenas alcanzaron unos pocos segundos. Al producirse casi a la vez que un estallido de rayos gamma es la primera vez que tenemos la contrapartida visible de un evento de ondas gravitacionales, lo que supone un hito hist¨®rico, pues se estima que este tipo de explosiones solo suceden en galaxias como la nuestra cada 10.000 a?os¡±, a?ade.

Una exhaustiva disecci¨®n de este cataclismo se publica hoy en una colecci¨®n de 15 art¨ªculos en Physical Review Letters, Science y Nature. Los trabajos permiten confirmar las predicciones te¨®ricas realizadas hace d¨¦cadas sobre el origen de los estallidos r¨¢pidos de rayos gamma y un tipo de explosi¨®n estelar conocido como kilonova. Se piensa que en estos eventos, las estrellas de neutrones escupen oro, platino, plomo y otros elementos m¨¢s pesados que el hierro.

Las kilonovas escupen oro, platino, uranio y plutonio

¡°Este es el primer espectro de una kilonova que se ha podido observar y hemos visto que los elementos pesados salen despedidos al 20% de la velocidad de la luz, mucho m¨¢s r¨¢pido que durante una supernova¡±, explica Christina Th?ne, investigadora del Instituto de Astrof¨ªsica de Andaluc¨ªa (CSIC) y coautora de cinco de los estudios publicados hoy.

La mayor¨ªa de los elementos conocidos tienen un origen astron¨®mico. Los ligeros como el hidr¨®geno y el helio se produjeron tras el Big Bang. Otros, como el carbono, el nitr¨®geno o el hierro, los producen las estrellas en su n¨²cleo por fusi¨®n nuclear durante miles de millones de a?os. El choque de las dos estrellas anunciado hoy aclara ahora c¨®mo sucede el llamado ¡°proceso r¨¢pido¡± tras una explosi¨®n de kilonova que permite crear la mitad de todos los elementos m¨¢s pesados que el hierro conocidos, incluidos tambi¨¦n el plutonio y algunas tierras raras, tan codiciadas en la Tierra por su escasez y utilidad para fabricar bater¨ªas.

Las fusiones de agujeros negros que se hab¨ªan detectado hasta ahora ten¨ªan como resultado un solo agujero mucho mayor, equivalente a unas 30 masas solares. Las dos estrellas de neutrones observadas eran mucho m¨¢s peque?as, de en torno a una masa solar, explica Th?ne. Los modelos indican que cuando una estrella de neutrones supera unas dos veces la masa del Sol la presi¨®n es tan fuerte que la materia colapsa y forma un agujero negro. ¡°Aunque a¨²n no se ha podido confirmar, se cree que las dos estrellas de neutrones han chocado y han creado un agujero negro¡±, concluye Th?ne.