Destellos de rayos gamma en la fusi¨®n de estrellas de neutrones

A menudo se producen en el universo potentes destellos de rayos gamma, extremadamente brillantes, que emiten en unos segundos tanta energ¨ªa como nuestra galaxia en un a?o. La mayor parte de esa emisi¨®n es en rayos gamma, la luz de m¨¢s alta energ¨ªa. Son fen¨®menos que intrigan a los f¨ªsicos, que no pueden explicar los procesos detallados que los originan. Los destellos denominados largos, que duran m¨¢s de dos segundos, se producir¨ªan cuando una estrella muy masiva colapsa y se convierte en un agujero negro, pero acerca de los destellos cortos de rayos gamma hay m¨¢s dudas. Una hip¨®tesis es que la colisi¨®n y fusi¨®n de dos estrellas de neutrones podr¨ªa generarlos y, para comprobar tal hip¨®tesis, un equipo de f¨ªsicos ha recurrido a la simulaci¨®n del proceso por ordenador.

Una estrella de neutrones es el n¨²cleo supercomprimido remanente cuando estalla como supernova una estrella de masa inferior a 30 veces la del Sol. La materia de ese resto es tan densa que una sola cucharilla de ella superar¨ªa en masa a las monta?as del Himalaya, explican los expertos de la NASA. Los cient¨ªficos, liderados por Luzziano Rezzolla, han hecho la simulaci¨®n de la colisi¨®n y fusi¨®n partiendo de un par de estrellas de neutrones magn¨¦ticas que orbitan una alrededor de la otra a una distancia de 17,6 kil¨®metros y cada una con una masa de vez y media la del Sol en una esfera de solo 27 kil¨®metros de di¨¢metro, pero generando un campo magn¨¦tico un bill¨®n de veces m¨¢s fuerte que el solar.

La simulaci¨®n se ha hecho con un potente superordenador (Damiana, en el Instituto Albert Einstein de Postdam, Alemania) y ha tardado casi siete semanas en reproducir los procesos que en la naturaleza duran 35 milisegundos. "Por primera vez hemos logrado llegar con la simulaci¨®n m¨¢s all¨¢ de la fusi¨®n y formaci¨®n del agujero negro", dice Chryssa Kouveliotou, del Centro Marshall de la NASA. "Esta es, con mucho, la simulaci¨®n m¨¢s larga de este proceso y es importante porque solo en escalas de tiempo suficientemente largas crece el campo magn¨¦tico y se reorganiza desde una estructura ca¨®tica a algo que se parece a un chorro".

A los 15 milisegundos de comenzar el proceso en la simulaci¨®n, las dos estrellas de neutrones chocan, se funden y se transforman en un agujero negro en r¨¢pida rotaci¨®n que tiene una masa equivalente a la de 2,9 veces el Sol. La frontera del agujero negro, el llamado horizonte de sucesos, se extiende menos de 10 kil¨®metros y a su alrededor un caos de materia superdensa alcanza temperaturas de varios miles de millones de grados; la fusi¨®n amplifica la fuerza de los dos campos magn¨¦ticos originales combinados.

En los siguientes 11 milisegundos, el gas que hace remolinos a velocidades cercanas a la velocidad de la luz contin¨²a amplificando el campo magn¨¦tico al mismo tiempo que este se organiza y gradualmente va formando un par de chorros proyectados hacia el exterior a lo largo del eje de rotaci¨®n del agujero negro. Esto es exactamente la configuraci¨®n necesaria para alimentar los chorros de part¨ªculas ultrarr¨¢pidas que producen destellos breves de rayos gamma. En total, 35 milisegundos.

"Resolviendo ecuaciones de la relatividad de Einstein y dejando que la naturaleza siga su curso, hemos levantado el velo de misterio que cubr¨ªa los estallidos cortos de rayos gamma y revelado cu¨¢l puede ser su generador central", dice Rezzolla. "Parece que la fusi¨®n de estrellas de neutrones genera inevitablemente estructuras alineadas, como chorros, en un campo magn¨¦tico ultrafuerte".

Los investigadores, que van a publicar los resultados de su investigaci¨®n en la revista Astrophysical Journal Letters, advierten que para tener la prueba definitiva de que este proceso ahora simulado en ordenador es correcto, habr¨¢ que esperar a la detecci¨®n de ondas gravitacionales que deben producirse, ondulaciones en el espacio-tiempo predichas por la relatividad de Einstein.