Utilizando el Telescopio Espacial Hubble de la NASA, los astrónomos han realizado una medición única que indica que un chorro, surcando el espacio a velocidades superiores al 99,97% de la velocidad de la luz, fue impulsado por la titánica colisión entre dos estrellas de neutrones.
El evento explosivo, llamado GW170817, se observó en agosto de 2017. La explosión liberó una energía comparable a la de una explosión de supernova. Fue la primera detección de ondas gravitacionales y radiación gamma de una fusión de estrellas de neutrones binarias.
Créditos: Goddard Space Flight Center de la NASA; Productor principal: Paul Morris.
Este fue un hito importante en la investigación que se está llevando a cabo de estas extraordinarias colisiones. Las consecuencias de esta fusión fueron vistas por 70 observatorios en todo el mundo y en el espacio, en una amplia franja del espectro electromagnético además de la detección de ondas gravitacionales. Esto anunció un avance significativo para el campo emergente del Time Domain and Multi-Messenger Astrophysics, el uso de múltiples “mensajeros” como la luz y las ondas gravitacionales para estudiar el universo a medida que cambia con el tiempo.
Los científicos apuntaron rápidamente al Hubble al sitio de la explosión solo dos días después. Las estrellas de neutrones colapsaron en un agujero negro cuya poderosa gravedad comenzó a atraer material hacia él. Ese material formó un disco que giraba rápidamente y generaba chorros que salían de sus polos. El feroz chorro se estrelló y arrastró material en la capa de escombros de la explosión en expansión. Esto incluía una parte de material a través de la cual emergió un chorro.
Si bien el evento tuvo lugar en 2017, los científicos tardaron varios años en encontrar una forma de analizar los datos del Hubble y 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 para realizar interferometría de línea de base muy larga (VLBI). Los datos de radio se tomaron 75 días y 230 días después de la explosión.
“Estoy asombrado de que el Hubble pueda brindarnos una medición tan precisa, que rivaliza con la precisión lograda por los poderosos telescopios de radio VLBI repartidos por todo el mundo”, dijo Kunal P. Mooley de Caltech, en Pasadena (California), autor principal de un artículo que se publica hoy 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 realizar esta medición”, dijo Jay Anderson, del Space Telescope Science Institute en Baltimore, Maryland.
Créditos: Elizabeth Wheatley (STScI).
Al combinar las diferentes observaciones, pudieron identificar el lugar de la explosión. Los datos del Hubble mostraron 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 luego desaceleró a una velocidad aparente cuatro veces más rápida que la velocidad de la luz.
En realidad, nada puede superar la velocidad de la luz, por lo que este movimiento “superlumínico” 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 chorro está persiguiendo su propia luz. En realidad ha pasado más tiempo entre la emisión de la luz del chorro de lo que percibe el observador. Esto hace que se sobrestime la velocidad del objeto, en este caso aparentemente superando la velocidad de la luz.
“Nuestro resultado indica que el chorro se movía al menos al 99,97% de la velocidad de la luz cuando emanó”, dijo Wenbin Lu de la Universidad de California, Berkeley.
Las mediciones del Hubble, combinadas con las mediciones del VLBI, anunciadas en 2018, fortalecen en gran medida la supuesta conexión entre las fusiones de estrellas de neutrones y los estallidos de rayos gamma de corta duración. Esa conexión requiere que emerja un chorro de movimiento rápido, que ahora se ha medido en GW170817.
Este trabajo abre el camino para estudios más precisos de 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 del chorro 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 la constante de Hubble estimados para el universo primitivo y el universo cercano, uno de los mayores misterios de la astrofísica actual. Los diferentes valores se basan en mediciones extremadamente precisas realizadas por el Hubble y otros observatorios, de supernovas de tipo Ia y mediciones del fondo de microondas cósmico realizadas por el satélite Planck de la ESA. Realizar más observaciones de chorros relativistas podrían añadir información para los astrónomos que intentan resolver el rompecabezas.
El Telescopio Espacial Hubble es un proyecto de cooperación internacional entre la NASA y la ESA. El Goddard Space Flight Center de la NASA en Greenbelt (Maryland), administra el telescopio. El Space Telescope Science Institute (STScI) en Baltimore (Maryland), lleva a cabo operaciones científicas del Hubble. El STScI es operado para la NASA por la Association of Universities for Research in Astronomy, en Washington, D.C.
Edición: R. Castro.