La espectacular fusión de dos estrellas de neutrones que generaron ondas gravitatorias anunciadas el otoño pasado probablemente hizo algo más: dio a luz un agujero negro. Este agujero negro recién generado sería el agujero negro de menor masa encontrado.
Un nuevo estudio analizó datos del Observatorio de Rayos X Chandra de la NASA tomado en los días, semanas y meses después de la detección de ondas gravitacionales por el Observatorio de Ondas Gravitacionales del Interferómetro Láser (LIGO) y rayos gamma por la misión Fermi de la NASA el 17 de agosto de 2017.
Si bien casi todos los telescopios a disposición de los astrónomos profesionales observaron esta fuente, conocida oficialmente como GW170817, los rayos X de Chandra son fundamentales para comprender lo que sucedió después de que las dos estrellas de neutrones colisionaron.
A partir de los datos de LIGO, los astrónomos tienen una buena estimación de que la masa del objeto resultante de la fusión de la estrella de neutrones es aproximadamente 2,7 veces la masa del Sol. Esto lo coloca en una cuerda floja de identidad, lo que implica que es la estrella de neutrones más masiva jamás encontrada o el agujero negro de menor masa encontrado. Los poseedores del registro anterior para este último no son menos de aproximadamente cuatro o cinco veces la masa del Sol.
"Si bien las estrellas de neutrones y los agujeros negros son misteriosos, hemos estudiado muchos de ellos en todo el Universo usando telescopios como Chandra", dijo Dave Pooley de la Universidad Trinity en San Antonio, Texas, quien dirigió el estudio. "Eso significa que tenemos datos y teorías sobre cómo esperamos que esos objetos se comporten en los rayos X".
Las observaciones de Chandra son reveladoras, no solo por lo que revelaron, sino también por lo que no dijeron. Si las estrellas de neutrones se fusionaban y formaban una estrella de neutrones más pesada, los astrónomos esperarían que girara rápidamente y generara un campo magnético muy fuerte. Esto, a su vez, habría creado una burbuja en expansión de partículas de alta energía que daría lugar a una emisión de rayos X brillante. En cambio, los datos de Chandra muestran niveles de rayos X que son un factor de unos pocos a varios cientos de veces más bajos que lo esperado para una estrella de neutrones fusionada rápidamente y la burbuja asociada de partículas de alta energía, lo que implica que lo que se halla formado sea un agujero negro.
Si se confirma, este resultado muestra que una receta para hacer un agujero negro a veces puede ser complicada. En el caso de GW170817, habría requerido dos explosiones de supernova que dejaron atrás a dos estrellas de neutrones en una órbita suficientemente ajustada para que la radiación de la onda gravitacional uniera las estrellas de neutrones.
"Es posible que hayamos respondido una de las preguntas más básicas sobre este evento deslumbrante: ¿qué fue lo que pasó?" dijo el coautor Pawan Kumar de la Universidad de Texas en Austin. "Los astrónomos han sospechado durante mucho tiempo que las fusiones de estrellas de neutrones formarían un agujero negro y producirían ráfagas de radiación, pero hasta ahora carecíamos de argumentos sólidos".
Una observación de Chandra dos o tres días después del evento no detectó una fuente, pero las observaciones posteriores 9, 15 y 16 días después del evento dieron como resultado ciertas detecciones. La fuente fue detrás del Sol poco después, pero se observó un aumento de brillo en las observaciones de Chandra alrededor de 110 días después del evento, seguido de una intensidad comparable de rayos X después de aproximadamente 160 días.
Al comparar las observaciones de Chandra con las de Karl G. Jansky Very Large Array (VLA) de la NSF, Pooley y sus colaboradores explican que la emisión de rayos X se debe enteramente a la onda de choque, similar a una explosión sónica desde un plano supersónico. desde la fusión chocando contra el gas circundante. No hay signos de rayos X como resultado de una estrella de neutrones.
Las afirmaciones del equipo de Pooley pueden ser probadas por radiografías y observaciones de radio futuras. Si el remanente resulta ser una estrella de neutrones con un campo magnético fuerte, la fuente se volverá mucho más brillante en rayos X y longitudes de onda de radio en aproximadamente un par de años cuando la burbuja de partículas de alta energía alcance la desaceleración de la onda de choque . Si de hecho es un agujero negro, los astrónomos esperan que siga siendo más débil lo que se ha observado recientemente a medida que la onda de choque se debilita.
"GW170817 es el evento astronómico nos sigue fascinando", dijo J. Craig Wheeler, coautor del estudio también de la Universidad de Texas. "Estamos aprendiendo mucho sobre la astrofísica de los objetos más densos de este evento".
Si las observaciones de seguimiento encuentran que una de las estrella de neutrones pesada ha sobrevivido, tal descubrimiento desafiaría las teorías sobre la estructura de las estrellas de neutrones y qué tan masivas pueden ser.
"Al comienzo de mi carrera, los astrónomos solo podían observar estrellas de neutrones y agujeros negros en nuestra propia galaxia, y ahora estamos observando estas estrellas exóticas en todo el cosmos", dijo el coautor Bruce Grossan de la Universidad de California en Berkeley. "Qué tiempo tan emocionante para estar vivo, ver instrumentos como LIGO y Chandra mostrándonos tantas cosas emocionantes que la naturaleza tiene para ofrecer".
Un documento que describe este resultado aparece en el último número de The Astrophysical Journal Letters y está disponible en línea. El Centro Marshall para Vuelos Espaciales de la NASA en Huntsville, Alabama, administra el programa Chandra para la Dirección de Misiones Científicas de la NASA en Washington. El Observatorio Astrofísico Smithsonian de Cambridge, Massachusetts, controla la ciencia y las operaciones de vuelo de Chandra.
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