Observaciones de radio confirman un chorro súper rápido de material procedente de la fusión de estrellas de neutrones

Mientras el chorro del evento de fusión de la estrella de neutrones emergió al espacio, imágenes de radio simuladas en la concepción de este artista ilustran su movimiento extremadamente rápido. En los 155 días entre dos observaciones, el chorro pareció moverse dos años luz, una distancia que requeriría viajar cuatro veces más rápido que la luz. Este "movimiento superluminal" es una ilusión creada cuando el jet apunta casi hacia la Tierra y en realidad mueve más del 97 por ciento de la velocidad de la luz. (No a escala) Crédito: D. Berry, O. Gottlieb, K. Mooley, G. Hallinan, NRAO / AUI / NSF

La medición precisa con un grupo de telescopios de la National Science Foundation (NSF) en todo el continente reveló que un estrecho chorro de partículas que se movían a casi la velocidad de la luz estalló en el espacio interestelar después de que un par de estrellas de neutrones se fusionaron en una galaxia a 130 años luz de la Tierra. La fusión, que tuvo lugar en agosto de 2017, envió ondas gravitacionales que ondulaban a través del espacio. Fue el primer evento que se detectó tanto por ondas gravitacionales como por ondas electromagnéticas, incluidos los rayos gamma, los rayos X, la luz visible y las ondas de radio. 

Las secuelas de la fusión, llamada GW170817, se observaron en órbita y en telescopios terrestres en todo el mundo. Los científicos observaron cómo las características de las ondas recibidas cambiaban con el tiempo, y usaron los cambios como pistas para revelar la naturaleza de los fenómenos que siguieron a la fusión. 

Ilustración artística de dos estrellas de neutrones fusionadas. Los haces estrechos representan la ráfaga de rayos gamma mientras que la rejilla de espacio-tiempo ondulante indica ondas gravitacionales. Crédito: Fundación Nacional de Ciencias / LIGO / Sonoma State University / A. Simonnett

Una pregunta que se destacó, incluso meses después de la fusión, fue si el evento había producido o no un chorro de material estrecho y de rápido movimiento que se abrió paso en el espacio interestelar. Eso era importante, porque se requiere que tales chorros produzcan el tipo de estallidos de rayos gamma que según los teóricos deberían ser causados ​​por la fusión de pares de estrellas de neutrones. 

La respuesta llegó cuando los astrónomos utilizaron una combinación de Very Long Baseline Array (VLBA) de la NSF, la Very Large Array (VLA) de Karl G. Jansky y el Telescopio Robert C. Byrd Green Bank (GBT) y descubrieron que una región de radio la emisión de la fusión se había movido, y el movimiento era tan rápido que solo un chorro podía explicar su velocidad. 

"Medimos un movimiento aparente que es cuatro veces más rápido que la luz. Esa ilusión, llamada movimiento superluminal, se produce cuando el jet apunta casi hacia la Tierra y el material en el jet se mueve cerca de la velocidad de la luz ", dijo Kunal Mooley, del Observatorio Nacional de Radioastronomía (NRAO) y Caltech. 

Los astrónomos observaron el objeto 75 días después de la fusión, luego otra vez 230 días después. 

Consecuencias de la fusión de dos estrellas de neutrones. El eyecta de una explosión inicial formó un caparazón alrededor del agujero negro formado a partir de la fusión. Un chorro de material propulsado desde un disco que rodeaba el agujero negro primero interactuó con el material de eyección para formar un amplio "capullo". Más tarde, el jet se abrió camino para emerger en el espacio interestelar, donde se hizo evidente su movimiento extremadamente rápido. Crédito: Sophia Dagnello, NRAO / AUI / NSF

"De acuerdo con nuestro análisis, este chorro a reacción es muy estrecho, a lo sumo 5 grados de ancho, y tan solo apuntó a 20 grados de la dirección de la Tierra", dijo Adam Deller, de la Universidad de Tecnología de Swinburne y anteriormente de NRAO. "Pero para que coincida con nuestras observaciones, el material en el jet también tiene que estar volando hacia fuera a más del 97 por ciento de la velocidad de la luz", agregó. 

El escenario que surgió es que la fusión inicial de las dos estrellas de neutrones superdensas causó una explosión que propulsó una capa esférica de escombros hacia afuera. Las estrellas de neutrones colapsaron en un agujero negro cuya poderosa gravedad comenzó a tirar del material hacia él. Ese material formó un disco de giro rápido que generó un par de chorros que se movían hacia afuera desde sus polos. 

Ilustración del agujero negro resultante causado por GW170817. Crédito: NASA / CXC / M.Weiss

A medida que el evento se desarrollaba, la pregunta era si los chorros saldrían del caparazón de escombros de la explosión original. Los datos de las observaciones indicaron que un chorro había interactuado con los restos, formando un amplio "capullo" de material que se expandía hacia afuera. Tal capullo se expandiría más lentamente que un chorro. 

"Nuestra interpretación es que el capullo dominó la emisión de radio hasta alrededor de 60 días después de la fusión, y en tiempos posteriores la emisión fue dominada por chorro", dijo Ore Gottlieb, de la Universidad de Tel Aviv, una de las principales teorías del estudio. 

"Tuvimos la suerte de poder observar este evento, porque si el chorro hubiera sido apuntado mucho más lejos de la Tierra, la emisión de radio habría sido demasiado débil para que la detectamos", dijo Gregg Hallinan de Caltech. 

La detección de un chorro de movimiento rápido en GW170817 fortalece en gran medida la conexión entre las fusiones de estrellas de neutrones y los estallidos de rayos gamma de corta duración, dijeron los científicos. Agregaron que los chorros deben apuntarse relativamente cerca de la Tierra para que se detecte el estallido de rayos gamma. 

"Nuestro estudio demuestra que combinar observaciones del VLBA, el VLA y el GBT es un poderoso medio para estudiar los chorros y la física asociados con los eventos de ondas gravitacionales", dijo Mooley. 

"El evento de fusión fue importante por una serie de razones, y continúa sorprendiendo a los astrónomos con más información", dijo Joe Pesce, Director del Programa NSF para NRAO. "Los chorros son fenómenos enigmáticos que se observan en diversos entornos, y ahora estas exquisitas observaciones en la parte de radio del espectro electromagnético brindan una visión fascinante de ellos y nos ayudan a comprender cómo funcionan". 

Mooley y sus colegas informaron sus hallazgos en la versión en línea del 5 de septiembre de la revista Nature. 

El Observatorio Nacional de Radioastronomía es una instalación de la National Science Foundation, operada bajo el acuerdo cooperativo de Associated Universities, Inc. 

Fuente: NRAO,