Astrónomos descubren una Kilonova azul luminosa, GRB150101B

El 16 de octubre de 2017, un grupo internacional de astrónomos y físicos dieron a conocer con entusiasmo la primera detección simultánea de luz y ondas gravitacionales de la misma fuente: una fusión de dos estrellas de neutrones. Ahora, un equipo que incluye a varios astrónomos de la Universidad de Maryland ha identificado a un pariente directo de ese evento histórico. 

El objeto recién descrito, llamado GRB150101B, se describió como un estallido de rayos gamma localizado por el Observatorio Swift Neil Gehrels de la NASA en 2015. Observaciones de seguimiento realizadas por el Observatorio de rayos X Chandra de la NASA, el Telescopio Espacial Hubble (HST) y el Telescopio Discovery Channel. (DCT) sugiere que GRB150101B comparte notables similitudes con la fusión de la estrella de neutrones, llamada GW170817, descubierta por Interferometer Gravitational-wave Observatory (LIGO) Observatorio de Ondas Gravitacionales de Interferómetro Láser y observada por múltiples telescopios de captación de luz en 2017. 

Un nuevo estudio sugiere que estos dos objetos separados pueden, de hecho, estar directamente relacionados. Los resultados fueron publicados el 16 de octubre de 2018 en la revista Nature Communications. 

"Es un gran paso pasar de un objeto detectado a dos", dijo la autora principal del estudio, Eleonora Troja, investigadora científica asociada del Departamento de Astronomía de la UMD, con una cita conjunta en el Centro de Vuelo Espacial Goddard de la NASA. "Nuestro descubrimiento nos dice que eventos como GW170817 y GRB150101B podrían representar una nueva clase de objetos en erupción que se encienden y se apagan, y en realidad podrían ser relativamente comunes". 

Troja y sus colegas sospechan que tanto el GRB150101B como el GW170817 fueron producidos por el mismo tipo de evento: una fusión de dos estrellas de neutrones. Estas coalescencias catastróficas generaron un chorro o haz estrecho de partículas de alta energía. Cada uno de los jets produjo una breve e intensa explosión de rayos gamma (GRB), un potente destello que dura solo unos segundos. GW170817 también creó ondulaciones en el espacio-tiempo llamadas ondas gravitacionales, lo que sugiere que esto podría ser una característica común de las fusiones de estrellas de neutrones.

 

La aparente coincidencia entre GRB150101B y GW170817 es sorprendente: ambos produjeron una ráfaga de rayos gamma inusualmente débil y de corta duración, y ambos fueron una fuente de luz óptica azul brillante y una emisión de rayos X de larga duración. Las galaxias anfitrionas también son notablemente similares, según las observaciones de HST y DCT. Ambas son galaxias elípticas brillantes con una población de estrellas de unos miles de millones de años que no muestran evidencia de nueva formación estelar. 

Esta imagen proporciona tres perspectivas diferentes sobre GRB150101B, el primer análogo cósmico conocido de GW170817, el evento de onda gravitacional descubierto en 2017. En el centro, una imagen del Telescopio Espacial Hubble muestra la galaxia donde tuvo lugar GRB150101B. En la parte superior derecha, dos imágenes de rayos X del observatorio de rayos X Chandra de la NASA muestran el evento tal como apareció el 9 de enero de 2015 (izquierda), con un chorro visible debajo y a la izquierda; y un mes después, el 10 de febrero de 2015 (derecha), cuando el avión se desvaneció. El punto brillante de rayos X es el núcleo de la galaxia. NASA / CXC

"Tenemos un caso de parecidos cósmicos", dijo el coautor del estudio Geoffrey Ryan, investigador postdoctoral en el Departamento de Astronomía de la UMD y miembro del Joint Space-Science Institute. "Se ven iguales, actúan igual y provienen de barrios similares, por lo que la explicación más simple es que son de la misma familia de objetos". 

En los casos tanto de GRB150101B como de GW170817, la explosión probablemente fue vista "fuera de eje", es decir, con el chorro no apuntando directamente hacia la Tierra. Hasta ahora, estos eventos son los dos únicos GRB cortos fuera del eje que los astrónomos han identificado. 

La emisión óptica de GRB150101B se encuentra en gran parte en la parte azul del espectro, lo que proporciona una pista importante de que este evento es otra kilonova, como se ve en GW170817. Una kilonova es un destello luminoso de luz radioactiva que produce grandes cantidades de elementos importantes como plata, oro, platino y uranio. 

Si bien hay muchos puntos en común entre GRB150101B y GW170817, hay dos diferencias muy importantes. Una es su ubicación: GW170817 está relativamente cerca, a unos 130 millones de años luz de la Tierra, mientras que GRB150101B se encuentra a unos 1.700 millones de años luz de distancia. 

La segunda diferencia importante es que, a diferencia de GW170817, los datos de ondas gravitacionales no existen para GRB150101B. Sin esta información, el equipo no puede calcular las masas de los dos objetos que se fusionaron. Es posible que el evento resulte de la fusión de un agujero negro y una estrella de neutrones, en lugar de dos estrellas de neutrones. 

"Seguramente es solo una cuestión de tiempo antes de que otro evento como GW170817 proporcione datos de ondas gravitacionales e imágenes electromagnéticas. Si la próxima observación de este tipo revela una fusión entre una estrella de neutrones y un agujero negro, eso sería verdaderamente innovador ”, dijo el coautor del estudio Alexander Kutyrev, científico investigador asociado del Departamento de Astronomía de la UMD con una cita conjunta en el Goddard Space Flight Center de la NASA. "Nuestras últimas observaciones nos dan una nueva esperanza de que veamos un evento así en poco tiempo". 

Es posible que se hayan detectado algunas fusiones como las que se vieron en GW170817 y GRB150101B anteriormente, pero no se identificaron correctamente mediante observaciones complementarias en diferentes longitudes de onda de la luz, según los investigadores. Sin tales detecciones, en particular, en longitudes de onda más largas, como los rayos X o la luz óptica, es muy difícil determinar la ubicación precisa de los eventos que producen estallidos de rayos gamma. 

En el caso de GRB150101B, los astrónomos primero pensaron que el evento podría coincidir con una fuente de rayos X detectada por Swift en el centro de la galaxia. La explicación más probable para tal fuente sería un agujero negro súper masivo que devora gas y polvo. Sin embargo, las observaciones de seguimiento con Chandra ubicaron el evento más lejos del centro de la galaxia anfitriona. 

Según los investigadores, incluso si LIGO hubiera estado operativo a principios de 2015, muy probablemente no habría detectado ondas gravitacionales de GRB150101B debido a la mayor distancia del evento desde la Tierra. De todos modos, cada nuevo evento observado con LIGO y múltiples telescopios de captación de luz agregarán nuevas piezas importantes al rompecabezas. 

"Cada nueva observación nos ayuda a aprender mejor cómo identificar kilonovae con huellas digitales espectrales: la plata crea un color azul, mientras que el oro y el platino agregan un tono de rojo, por ejemplo", agregó Troja. "Hemos podido identificar esta kilonova sin datos de ondas gravitacionales, así que tal vez en el futuro, incluso podamos hacer esto sin observar directamente una explosión de rayos gamma". 

Publicación: E. Troja, et al., “Una kilonova azul luminosa y un chorro fuera del eje de una fusión binaria compacta en z = 0.1341,” Nature Communications volumen 9, número de artículo: 4089 (2018)

Fuente: University of Maryland,