El 17 d’agost de 2017 els detectors LIGO-Virgo van detectar ones gravitacionals procedents de la fusió de dos estels de neutrons. Aquestes ones no venien soles. Un parell de segons després, el satèl·lit Fermi de la NASA detectava un esclat de rajos gamma procedent de la mateixa direcció al cel. Aquest descobriment i els esdeveniments de les setmanes posteriors confirmen les teories actuals sobre esclats de rajos gamma de curta duració i resolen el misteri de l’origen de l’or i altres elements pesants en l’univers.
El detector d’ones gravitacionals Virgo prop de Pisa.
En 2015 els dos detectors LIGO (Hanford i Livingston, EUA) van registrar per primera vegada ones gravitacionals procedents de la fusió de dos forats negres, la qual cosa va confirmar l’última predicció de la Relativitat General d’Einstein (Nobel 2017). El detector europeu Virgo (Cascina, Itàlia) es va unir a la xarxa a l’estiu de 2017. Menys d’un mes després es va observar un dels esdeveniments més esperats per tots els astrofísics: la fusió de dos estels de neutrons a uns 130 milions d’anys llum, i això va permetre seguir l’esdeveniment en totes les freqüències de l’espectre electromagnètic, des de rajos gamma fins a ones de ràdio. Aquesta detecció combinada marca el començament de l’era de l’astronomia de multimissatgers.
Sistemes binaris d’estels de neutrons
Després de l’explosió d’estels massius queda un objecte compacte format quasi íntegrament per neutrons, conegut com a estel de neutrons, d’uns 20 km de diàmetre i una massa superior a la del Sol. Després del seu descobriment en 1967 per Jocelyn Bell Burnell i Anthony Hewish (Nobel 1974), hui coneixem al voltant de 2000 estels de neutrons. Molts no estan aïllats, sinó formant part d’un sistema binari. El sistema binari d’estels de neutrons més famós va ser descobert en 1974 per Joseph Taylor i Russell Hulse (Nobel 1993), amb una òrbita en què els dos estels s’acostaven en cada revolució a causa de l’emissió d’ones gravitacionals, predient una futura fusió. Fa 130 milions d’anys una d’aquestes fusions va tenir lloc en la galàxia NGC 4993, i des del passat 17 d’agost astrònoms de tot el món gaudeixen de l’espectacle resultant.
La detecció d’ones gravitacionals
Les ones gravitacionals són pertorbacions de l’espai-temps que viatgen a la velocitat de la llum. Processos extremadament violents, com la fusió de forats negres o estels de neutrons, produeixen ones gravitacionals prou intenses per a ser observades en la xarxa de detectors LIGO-Virgo, gràcies a un desenvolupament tecnològic sense precedents. Amb els tres detectors de la xarxa podem triangular la localització de la font al cel amb gran precisió. A l’agost de 2017, la col·laboració LIGO-Virgo va observar per primera vegada un patró característic consistent en la fusió de dos estels de neutrons.
Detecció simultània d’ones gravitacionals i rajos gamma.
Fusió d’esteles de neutrons
Durant dècades, models teòrics han predit el resultat de la fusió de dos estels de neutrons a través de simulacions numèriques extremadament complexes en alguns dels superordinadors més potents del món. En el model més acceptat, gran part de les restes de la fusió formen un forat negre central al voltant del qual orbita part del material restant, que és absorbit en segons. Durant aquest procés s’emeten dos rajos de plasma simètrics, que viatgen a una velocitat pròxima a la de la llum, origen dels coneguts com a esclats de rajos gamma de curta duració. En aquests models també es conjectura que una xicoteta fracció de la matèria involucrada és expulsada en totes les direccions, donant lloc a una emissió característica anomenada kilonova, on creiem que es produeixen la majoria dels elements pesants de l’univers, com l’or, el platí o l’urani. Totes aquestes prediccions han sigut confirmades amb les observacions en tot l’espectre electromagnètic que van seguir en les setmanes posteriors a l’observació del senyal d’ones gravitacionals.
La fusión de dos estrellas de neutrones produce chorros de alta energía y expulsa materia al espacio formando una kionova.
Multimissatgers
Un parell de segons després de la detecció del senyal gravitacional, el satèl·lit de rajos gamma Fermi va detectar un esclat d’uns dos segons de duració, que confirmava el vincle entre les fusions d’estels de neutrons i aquests esdeveniments altament energètics.
Amb la xarxa de detectors LIGO-Virgo, es va poder localitzar l’origen de la font en una xicoteta regió del cel i es va comunicar a la comunitat astronòmica. Fosquejava al desert d’Atacama a Xile, quan el telescopi Swope va descobrir una nova font blavosa en la galàxia NGC 4993. La font, observada per diversos telescopis al voltant del món durant les següents hores, es feia cada vegada més rogenca, d’acord amb la predicció del model de la kilonova. En els últims dies abans de desaparéixer es va detectar la presència d’elements pesants, cosa que indica, per exemple, que quasi tot l’or en la Terra ha sigut produït molt probablement en fusions d’estels de neutrons.
Però la kilonova no era l’única sorpresa que esperava als astrònoms. Uns dies després, els satèl·lits de rajos X van detectar una nova emissió en la mateixa localització al cel: estaven observant la interacció del raig de plasma emés en els primers segons amb el medi interestel·lar envoltant. El dia de l’anunci del descobriment, el 16 d’octubre, encara era visible en ones de ràdio, i continuarà sent-ho durant els pròxims mesos a mesura que s’expandeix per l’espai.
LIGO i Virgo iniciaran un nou període d’observació amb una major sensibilitat a finals de 2018. Aquesta gran sorpresa per a la comunitat astronòmica podria convertir-se en una cosa freqüent que revolucionarà la nostra comprensió de l’univers.
Localització de les ones gravitacionals (verd), rajos gamma (blau) i òptica (ampliació a la dreta).
Una detecció amb contribució valenciana
Membres del Departament d’Astronomia i Astrofísica (DAA) i del Departament de Matemàtiques de la Universitat de València, liderats pel professor José Antonio Font, participen en l’experiment Virgo que, junt amb LIGO, va detectar el senyal d’ones gravitacionals. El grup d’astrofísica relativista del DAA porta molts anys simulant numèricament escenaris com la fusió d’estels de neutrons, i la formació de forats negres i rajos relativistes, així com les explosions de supernoves… Podria ser una d’aquestes explosions la font d’observacions d’ones gravitacionals en un futur pròxim?
Més informació:
http://ligo.org/detections/GW170817.php]
No comments yet.