Astronomía

¿Los científicos realmente observaron que se creaba oro y platino a partir de kilonova?

¿Los científicos realmente observaron que se creaba oro y platino a partir de kilonova?

Leí que después de que los interferómetros LIGO y Virgo detectaran la señal de ondas gravitacionales de una kilonova, muchos telescopios terrestres giran rápidamente sus espejos hacia el lugar y "ven" oro y platino, etc., otros elementos pesados ​​durante los próximos días. ¿Es realmente posible observar directamente la formación de elementos pesados ​​considerando que el evento ocurre a una distancia de alrededor de 130 millones de años luz de distancia?


No, no lo hicieron. La deducción de que se están produciendo elementos (muy) pesados ​​es algo indirecta e implica crear un modelo teórico de la "bola de fuego" en expansión y comparar ese modelo con las mediciones de brillo frente al tiempo en un rango de longitudes de onda y contra espectros (principalmente en el infrarrojo) mientras el resplandor se desvanecía.

Normalmente, cuando vemos un espectro estelar, podemos ver líneas de absorción individuales que corresponden a elementos identificables particulares. En el resplandor de esta explosión eso no es posible. Se mueve tan rápido que las características de absorción que se vieron quedan borradas por el efecto Doppler. y la física atómica requerida para predecir la fuerza de absorción es demasiado incierta para hacer identificaciones precisas de elementos particulares.

Sin embargo, lo que es probable es que los elementos pesados, conocidos como lantánidos, estén proporcionando la gran opacidad en la "fotosfera" de la bola de fuego y sean responsables del rápido desvanecimiento de la señal visible, el declive bastante más prolongado en el infrarrojo y la aparición de características de absorción extremadamente amplias que se desarrollan en el infrarrojo. El calentamiento de la eyección por la desintegración radiactiva de núcleos muy ricos en neutrones también es un componente vital para explicar el desarrollo del resplandor.

Véase, por ejemplo, Pian et al. (2017) y Chornock et al. (2017).


Sí y no, como sugieren las respuestas anteriores. Se confirma que los materiales más pesados ​​que el Fe se crean en la fusión de estrellas de neutrones. Sin embargo, se necesitan mejores modelos para inferir la creación de metales específicos a partir de espectros.


Cómo una explosión espacial en la cuenca generó billones de toneladas de oro

Por Keith A. Spencer
Publicado el 18 de octubre de 2017 4:20 p.m. (EDT)

Esta imagen del Telescopio Espacial Hubble de la NASA muestra la Nebulosa del Cangrejo, el remanente de una explosión de supernova con una estrella de neutrones que gira rápidamente incrustada en su centro. En octubre de 2017, los astrónomos detectaron la fusión de dos estrellas de neutrones a unos 130 millones de años luz de distancia. (Getty / NASA)

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Una colisión de dos estrellas de neutrones a unos 130 millones de años luz de distancia envió una enorme onda de choque, primero a través del universo y luego a través de Internet. Quizás vio los titulares zumbando alrededor de sus noticias, por ejemplo, "La primera detección de ondas gravitacionales de un choque de estrellas de neutrones marca una nueva era de la astronomía", como escribió Space.com, lo que suena bastante dramático. Pero si no sabe qué significan las palabras al principio de ese titular (¿ondas gravitacionales? ¿Estrellas de neutrones?), Probablemente no entenderá el final del titular y por qué exactamente esto marca una "nueva era".

De hecho, esto es un gran problema para la astronomía. La ciencia nunca ha observado directamente una fusión de estrellas de neutrones, en particular, esta fusión se observó tanto a través de ondas de gravedad como electromagnéticamente. Y la naturaleza colaborativa de las observaciones no tiene precedentes: alrededor de 4500 científicos, de todos los continentes, serán incluidos como coautores en el próximo artículo. Eso es alrededor de un tercio de todos los astrónomos profesionales. Entonces, sí, esta fusión de estrellas de neutrones es un gran problema astronómico, para la ciencia, para la humanidad y para el futuro de la astronomía.

Dos estrellas de neutrones chocaron y se convirtieron en un agujero negro. A esto se le llama kilonova, a diferencia de una nova, supernova o hipernova, que son otros tipos de explosiones estelares de las que quizás hayas oído hablar.

¿Eso ... pasa a menudo?

Quiero decir, en la historia del universo, probablemente sí. Pero desde el advenimiento de la astronomía de ondas gravitacionales en nuestro planeta, no.

¿Qué es una estrella de neutrones?

Bien, ¿sabes cómo los átomos tienen protones, neutrones y electrones? ¿Y sabes cómo los protones están cargados positivamente, los electrones tienen carga negativa y los neutrones son neutrales?

Sí, lo recuerdo de ver a Bill Nye cuando era niño.

Totalmente. De todos modos, ¿se ha preguntado alguna vez por qué los electrones cargados negativamente y los protones cargados positivamente no se fusionan entre sí y forman un neutrón neutro? Quiero decir, están sentados en el núcleo del átomo muy cerca uno del otro. Por ejemplo, si tuvieras dos imanes tan cerca, se pegarían de inmediato.

Supongo que ahora que lo mencionas, sí, es extraño.

Bueno, es porque hay otra fuerza en lo profundo del átomo que les impide fusionarse.

La única forma de superar esta fuerza es tener una gran cantidad de materia en un espacio denso y realmente caliente; básicamente, empujarlos entre sí hasta que se rindan y se unan y se conviertan en un neutrón. Esto sucede en estrellas muy grandes que han existido por un tiempo: el núcleo se colapsa y, como consecuencia, los electrones de la estrella están tan cerca de los protones y bajo tanta presión que de repente se fusionan. Hay una gran explosión y el material exterior de la estrella se desprende.

Bien, ¿estás diciendo que bajo mucha presión y en ciertas condiciones, algunas estrellas colapsan y se convierten en grandes bolas de neutrones?

Entonces, ¿por qué los neutrones se quedan en una bola enorme? ¿No son neutrales? ¿Qué los mantiene juntos?

Gravedad, sobre todo. Pero también la fuerza nuclear fuerte, esa fuerza fuerte extraña antes mencionada. Esto no es algo que encontraría en una escala macroscópica: la fuerza fuerte solo funciona realmente en el tipo de distancias tipificadas por partículas en núcleos atómicos. Y es diferente, fundamentalmente, a la fuerza electromagnética, que es lo que hace que los imanes se atraigan y se repelan y lo que hace que tu cabello se pegue cuando frotas un globo sobre él.

Entonces, estos neutrones en una gran bola están unidos por la gravedad, pero también se mantienen unidos en virtud de la fuerte fuerza nuclear.

Entonces, básicamente, la nueva bola de neutrones es realmente pequeña, al menos, en comparación con lo pesada que es. Eso es porque los neutrones están todos agrupados como si esta estrella de neutrones fuera un núcleo atómico gigante, que es un poco. Es como un átomo gigante hecho solo de neutrones. Si nuestro sol fuera una estrella de neutrones, tendría menos de 20 millas de ancho. Tampoco sería algo a lo que quisieras acercarte.

Entiendo. Eso significa que dos bolas gigantes de neutrones que pesaban más que nuestro sol y tenían solo diez millas de ancho, de repente se estrellaron entre sí, y como consecuencia crearon un agujero negro, ¿y ahora lo estamos detectando en la Tierra?

Entonces, ¿qué es todo esto de la "pasta nuclear" que ha estado de moda en Twitter? ¿No tiene eso que ver con las estrellas de neutrones?

En física, a menudo nos gusta hablar sobre las diferencias entre el mundo cuántico y el mundo cotidiano. Tienen reglas fundamentalmente diferentes, y fusionar las reglas de comportamiento de cosas muy pequeñas y cosas muy grandes ha sido un desafío para los físicos durante un siglo. A veces vemos los efectos de la mecánica cuántica en una escala macroscópica (los láseres son un buen ejemplo) pero, en general, definimos el mundo macroscópico con reglas más generales, como las leyes de Newton.

Entonces, comprender cómo se vería una gran bola de neutrones que es tan densa como un núcleo atómico, y cómo podría comportarse, implica muchas simulaciones por computadora. De hecho, debido a algunas de las "impurezas" en las estrellas de neutrones (hay cosas como protones y electrones que se adhieren a la superficie) y debido a cómo gira la estrella, se cree que las diferentes regiones de las estrellas de neutrones se organizan en un escala cuántica, en celosías muy específicas que se asemejan a la pasta, para decirlo sin rodeos. Estas son formas que las leyes de Newton nunca predecirían, razón por la cual nuestra comprensión del mundo macroscópico y el mundo cuántico tiene incongruencias.

Aquí hay una buena descripción general de la pasta nuclear, si desea leer más.

Entonces, ¿qué pasa con estas ondas de gravedad?

Ah, ahora estamos llegando a las cosas importantes (literalmente).

Hace un siglo, Einstein predijo que podría haber ondas energéticas producidas por cambios repentinos en la masa, digamos, dos objetos masivos fusionándose en uno, como dos agujeros negros. Pero dado que la gravedad es una fuerza comparativamente débil, quiero decir, puedes superar brevemente la la gravedad del planeta entero saltando, esto era muy difícil de detectar directamente. Solo en los últimos cinco años los científicos pudieron crear observatorios de ondas gravitacionales.

¿Qué es un observatorio de ondas gravitacionales? ¿Como un telescopio para observar la gravedad?

Básicamente, pero estos no se parecen en nada a los observatorios normales, sin grandes lentes de vidrio ni nada por el estilo.

El observatorio de ondas gravitacionales más funcional de la Tierra, la colaboración Virgo-LIGO, consta de tres "telescopios" que en realidad son edificios realmente largos con láseres que los atraviesan. Una onda gravitacional de suficiente fuerza que atraviese el edificio hará que el láser se mueva de un lado a otro muy levemente.

La razón por la que existen múltiples observatorios de ondas gravitacionales es para ayudar a confirmar que las señales no son solo ruido y para averiguar la dirección de la que provienen. En otras palabras, una señal de una fusión de agujeros negros podría llegar primero al observatorio Virgo (que es el de Italia) y, una fracción de segundo después, a los observatorios LIGO (que se encuentran en el estado de Washington y Luisiana). O quizás viceversa. Por lo tanto, tener varios ayuda a determinar con precisión la ubicación de la señal.

(Si se lo estaba preguntando, "LIGO" significa Observatorio de ondas gravitacionales con interferómetro láser).

Este año, el Premio Nobel de Física fue para los científicos que ayudaron a detectar ondas gravitacionales por primera vez. Y aunque se han detectado muchas fusiones de agujeros negros, que parece ser una señal común que activa el observatorio, esta es la primera vez que los telescopios detectan una fusión de estrellas de neutrones.

Entonces, si hemos detectado ondas gravitacionales en la Tierra antes, ¿qué hace que este evento sea tan especial?

Para entender eso, tienes que entender algo llamado astronomía de mensajeros múltiples. Básicamente es el santo grial de la observación astronómica.

Puede recordar algo llamado espectro electromagnético, es decir, el rango de diferentes frecuencias de luz o fotones. Los humanos solo ven una banda muy estrecha de este espectro, lo que llamamos luz visible. Pero algunos animales ven luz de frecuencia más alta, como la ultravioleta (las abejas, por ejemplo) y algunos animales ven la luz de frecuencia más baja, como la luz infrarroja, como los gatos. El espectro electromagnético llega hasta cosas como los rayos gamma y los rayos X, que son muy energéticos y no atraviesan demasiado la atmósfera de la Tierra antes de ser absorbidos o divididos en fotones menos energéticos. Y en la parte inferior del espectro, hay ondas de radio, que viajan fácilmente a través de nuestra atmósfera.

Los astrónomos de la Tierra ahora tienen un complemento de telescopios en diferentes longitudes de onda de luz. Estos observatorios pueden verse bastante diferentes según su función. Los telescopios de ondas de radio generalmente se asemejan a antenas gigantes: piense en el Observatorio de Arecibo en Puerto Rico, que aparece en una famosa escena de pelea en el clímax de la película de James Bond "Goldeneye". Los telescopios de rayos X tienen que estar en el espacio, ya que la atmósfera impide que los rayos X penetren en la superficie. Y los telescopios de rayos gamma generalmente solo detectan los rayos gamma indirectamente, al observar los fotones constituyentes de menor energía en los que se rompen y se convierten al golpear la atmósfera. Cuando ocurrió esta explosión de kilonova, los observatorios que abarcaban todas las longitudes de onda de toda la Tierra, y en el espacio, fijaron su mirada en la ubicación de la fusión, produciendo una gran cantidad de datos en todo el espectro electromagnético.

Pero cuando ocurren eventos grandes y energéticos en el universo, a menudo liberan energía en otras formas además de fotones, como ondas gravitacionales y, a veces, partículas diminutas como el elusivo neutrino. Por lo tanto, tener un observatorio de ondas gravitacionales para complementar los observatorios electromagnéticos es una bendición para los astrónomos.

En realidad, esta fue la primera vez que los científicos presenciaron un evento astronómico que dejó su huella en la Tierra tanto en el espectro electromagnético como en la producción de ondas gravitacionales. Esto se debe a que los eventos anteriores de ondas gravitacionales fueron generalmente de cosas como fusiones de agujeros negros, que no emitieron ninguna luz ni ninguna otra cosa que fuera detectable por otros observatorios. Pero esta fusión de estrellas de neutrones fue el primer evento de múltiples mensajeros que utilizó ambas observaciones de ondas gravitacionales en concierto con ondas electromagnéticas.

Mencionaste los neutrinos brevemente. ¿Los observatorios de neutrinos captaron algo?

Es cierto que el tercer aspecto de la astronomía de mensajeros múltiples son los observatorios de neutrinos. Los informes del observatorio de neutrinos IceCube en el Polo Sur indican que esta fusión de estrellas de neutrones en realidad no produjo ningún neutrino, al menos, ninguno que apuntara en nuestra dirección que fuera detectable en la Tierra. Aún así, la falta de detección es igualmente interesante, ya que indica a los físicos que la física que está sucediendo en la kilonova no creó una gran explosión de neutrinos como lo hacen, por ejemplo, las supernovas.

Leí algo sobre cómo las fusiones de estrellas de neutrones producen metales pesados ​​como el oro y el platino. ¿Cómo funciona?

Para responder a esta pregunta, es importante comprender que la composición de la Tierra es muy diferente de la composición de la mayor parte del universo. De la materia "normal" en el universo (es decir, no materia oscura ni energía oscura), la mayor parte consiste en hidrógeno y helio. Solo una pequeña fracción de materia elemental en el universo consiste en cosas más pesadas que los dos elementos más livianos, lo que significa que gran parte de la composición de la Tierra (elementos como carbono, hierro, fósforo, uranio, lo que sea) son comparativamente raros. Vivimos en un planeta excepcional.

Las estrellas son responsables de producir gran parte de los elementos que no son hidrógeno del universo. A través del proceso de fusión nuclear, los núcleos más pequeños se combinan para convertirse en otros más grandes. Las estrellas son básicamente fábricas de elementos estelares: convierten el hidrógeno en helio y luego en elementos superiores, y producen calor y energía en el proceso. Pero hay un límite para el tamaño de los átomos que pueden producir: el hierro es en realidad el isótopo más pesado que se produce directamente por fusión. Cuando el núcleo de una estrella es lo suficientemente denso como para producir hierro, solo le queda un corto período de vida antes de que inevitablemente explote o implosione de alguna manera.

Entonces, ¿de dónde provienen los elementos más pesados ​​que el hierro? Como recordará, el hierro es solo el vigésimo sexto elemento de la tabla periódica, lo que significa que hay alrededor de 60 elementos estables más pesados, incluidos elementos como plata, oro, plomo, uranio, etc. La respuesta es complicada, pero algunos de estos elementos se generan en las explosiones de hipernovas, cuando la materia de las estrellas se comprime contra otra materia en ondas de choque continuas y los núcleos se empujan entre sí para producir pequeñas cantidades de elementos realmente pesados.

Suceden cosas similares en las explosiones de kilonovas: las ondas en cascada de partículas extremadamente densas chocan y forman isótopos realmente pesados ​​de elementos como el oro y el platino. Los astrónomos de UC Berkeley estimaron que esta fusión de estrellas de neutrones produjo un "rendimiento de oro [de] alrededor de 200 masas terrestres" y "500 masas terrestres" de platino, según un comunicado de prensa.

Para hacer una analogía burda: imagina si tuvieras un montón de pequeños imanes esparcidos por el suelo, a unos pocos pies uno del otro. Imagina que cada uno es un protón o un neutrón. Individualmente, solo se sienten débilmente atraídos o repelentes entre sí. Pero si el piso se inclinara repentinamente, todos se romperían y formarían una bola gigante de imanes. Vagamente, eso es lo que sucede en estas grandes explosiones estelares que unen núcleos más pequeños en otros más grandes y pesados, creando elementos como el oro y el platino.

Keith A. Spencer

Keith A. Spencer es editor senior de Salon. Maneja la cobertura de ciencia, tecnología, economía y salud de Salon. Su libro, "Una historia popular de Silicon Valley: cómo la industria tecnológica explota a los trabajadores, erosiona la privacidad y socava la democracia", fue publicado en 2018. Síguelo en Twitter en @keithspencer, o en Facebook aquí.

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Los astrónomos detectaron 100 Tierras y # x27 en oro forjado en el espacio - aquí y # x27s cuánto vale y # x27s

Más de 4.000 astrónomos revelaron el lunes la primera detección de dos estrellas de neutrones que chocan en el espacio.

Estos objetos son los esqueletos de estrellas masivas que explotaron cataclísmicamente, dejando un núcleo tan denso que solo una cucharadita puede pesar millones de toneladas.

Cuando las dos estrellas de neutrones formaron espirales entre sí, crearon ondas en la estructura del espacio llamadas ondas gravitacionales. Más tarde, instrumentos especiales en la Tierra "escucharon" esos murmullos desde 130 millones de años luz de distancia, lo que permitió a un ejército de astrónomos concentrarse en el accidente y estudiarlo con un detalle sin precedentes el 17 de agosto.

Entre otros hallazgos, los datos resuelven un antiguo misterio sobre el universo: de dónde proviene la mayor parte de su oro, platino y otros elementos pesados.

"Rompes estas dos cosas juntas a un tercio de la velocidad de la luz, y así es como haces oro", dijo a Business Insider Duncan Brown, astrónomo de la Universidad de Syracuse y miembro de la colaboración de investigación. "Resulta que no es la Piedra Filosofal, no son las cosas que los alquimistas estaban mirando hace miles de años".

Las observaciones revelaron que el evento forjó aproximadamente 50 masas terrestres en plata, 100 masas terrestres de oro y 500 masas terrestres de platino.

Brian Metzger, astrofísico de la Universidad de Columbia y otro colaborador de LIGO, dijo que un poco de alquimia nuclear llamada proceso rápido o proceso r es lo que impulsa la creación de elementos tan pesados.

El proceso r es algo como esto: a medida que las estrellas de neutrones se mueven una hacia la otra, una pequeña parte de su material se dispara al espacio a velocidades increíbles. Esos neutrones están muy calientes y abarrotados, por lo que chocan entre sí mientras se mueven hacia afuera, formando núcleos atómicos gigantes. Sin embargo, los átomos muy grandes son muy inestables, por lo que casi de inmediato se rompen y se descomponen en átomos más pequeños, como el platino, el oro, la plata e incluso el yodo (que nuestro cuerpo utiliza para regular el metabolismo).

La radiación emitida por estos elementos recién formados hace que el evento sea visible desde la Tierra como una "kilonova", un término acuñado por Metzger porque es aproximadamente 1.000 veces más brillante que una nova (el destello brillante emitido por las estrellas recién nacidas).

Un proceso similar se utiliza en reactores nucleares especiales para construir nuevos átomos, como el plutonio para armas nucleares.Pero las estrellas de neutrones fusionadas sobresalen en una escala cósmica.

El oro forjado por sí solo vale alrededor de 100 billones de dólares al precio de mercado actual, según Metzger, o $ 100,000,000,000,000,000,000,000,000,000 emitidos (1 seguido de 29 ceros).

"Sin embargo, necesitaría que el Capitán Kirk fuera a buscarlo, así que no estamos en peligro de perturbar el mercado en este momento", dijo Brown.

Afortunadamente, no necesitamos una nave espacial para encontrar oro, platino y plata creados por estrellas de neutrones, está justo aquí en la Tierra. Innumerables aplastamientos a lo largo de los milenios se esparcieron por suficientes de estos metales exóticos que, cuando se formó nuestro planeta, se hornearon directamente en su corteza.

"La tasa de estas fusiones de estrellas de neutrones en nuestra galaxia es de aproximadamente una cada 100.000 años. En escalas de tiempo humanas, eso es mucho tiempo", dijo Brown. "Pero en escalas de tiempo galácticas, cuando estás creando estrellas y sistemas solares, no es tanto tiempo".


Los astrónomos encuentran un resplandor dorado de una colisión estelar distante

El 17 de agosto de 2017, los científicos hicieron historia con la primera observación directa de una fusión entre dos estrellas de neutrones. Fue el primer evento cósmico detectado tanto en ondas gravitacionales como en todo el espectro de luz, desde los rayos gamma hasta las emisiones de radio.

El impacto también creó una kilonova, una explosión con turbocompresor que instantáneamente forjó varios cientos de planetas en oro y platino. Las observaciones proporcionaron la primera evidencia convincente de que las kilonovas producen grandes cantidades de metales pesados, un hallazgo predicho por la teoría desde hace mucho tiempo. Los astrónomos sospechan que todo el oro y el platino de la Tierra se formaron como resultado de antiguas kilonovas creadas durante las colisiones de estrellas de neutrones.

Con base en los datos del evento de 2017, detectado por primera vez por el Observatorio de ondas gravitacionales del interferómetro láser (LIGO), los astrónomos comenzaron a ajustar sus suposiciones sobre cómo debería aparecer una kilonova para los observadores terrestres. Un equipo dirigido por Eleonora Troja, científica investigadora asociada del Departamento de Astronomía de la Universidad de Maryland, reexaminó los datos de un estallido de rayos gamma detectado en agosto de 2016 y encontró nueva evidencia de una kilonova que pasó desapercibida durante las observaciones iniciales.

El Observatorio Swift Neil Gehrels de la NASA comenzó a rastrear el evento de 2016, llamado GRB160821B, minutos después de que fue detectado. La captura temprana permitió al equipo de investigación recopilar nuevos conocimientos que faltaban en las observaciones de kilonova del evento LIGO, que no comenzó hasta casi 12 horas después de la colisión inicial. Troja y sus colegas informaron estos nuevos hallazgos en la revista. Avisos mensuales de la Royal Astronomical Society el 27 de agosto de 2019.

“El evento de 2016 fue muy emocionante al principio. Estaba cerca y era visible con todos los telescopios importantes, incluido el telescopio espacial Hubble de la NASA. Pero no coincidió con nuestras predicciones; esperábamos ver que la emisión infrarroja se volviera cada vez más brillante durante varias semanas ”, dijo Troja, quien también tiene una cita en el Centro de Vuelo Espacial Goddard de la NASA. “Diez días después del evento, apenas quedaba señal. Todos estábamos tan decepcionados. Luego, un año después, ocurrió el evento LIGO. Observamos nuestros datos antiguos con nuevos ojos y nos dimos cuenta de que efectivamente habíamos capturado una kilonova en 2016. Fue una combinación casi perfecta. Los datos infrarrojos para ambos eventos tienen luminosidades similares y exactamente la misma escala de tiempo ".

Las similitudes entre los dos eventos sugieren que la kilonova de 2016 también resultó de la fusión de dos estrellas de neutrones. Kilonovae también puede resultar de la fusión de un agujero negro y una estrella de neutrones, pero se desconoce si tal evento produciría una firma diferente en las observaciones de rayos X, infrarrojos, radio y luz óptica.

Según Troja, la información recopilada del evento de 2016 no contiene tantos detalles como las observaciones del evento LIGO. Pero la cobertura de esas primeras horas, que faltaba en el registro del evento LIGO, reveló nuevos conocimientos importantes sobre las primeras etapas de una kilonova. Por ejemplo, el equipo vio por primera vez el nuevo objeto que quedó después de la colisión, que no era visible en los datos de eventos de LIGO.

"El remanente podría ser una estrella de neutrones hipermasiva altamente magnetizada conocida como magnetar, que sobrevivió a la colisión y luego colapsó en un agujero negro", dijo Geoffrey Ryan, becario postdoctoral del Joint Space-Science Institute (JSI) en el Departamento de UMD. de Astronomía y coautor del artículo de investigación. “Esto es interesante, porque la teoría sugiere que una magnetar debería ralentizar o incluso detener la producción de metales pesados, que es la fuente última de la firma de luz infrarroja de una kilonova. Nuestro análisis sugiere que los metales pesados ​​de alguna manera pueden escapar de la influencia de extinción del objeto remanente ".

Troja y sus colegas planean aplicar las lecciones que aprendieron para reevaluar eventos pasados, al mismo tiempo que mejoran su enfoque de las observaciones futuras. Se han identificado varios eventos candidatos con observaciones de luz óptica, pero Troja está más interesado en eventos con una fuerte firma de luz infrarroja, el indicador revelador de la producción de metales pesados.

"La señal infrarroja muy brillante de este evento posiblemente la convierte en la kilonova más clara que hemos observado en el universo distante", dijo Troja. “Estoy muy interesado en cómo cambian las propiedades de la kilonova con diferentes progenitores y restos finales. A medida que observemos más de estos eventos, es posible que aprendamos que hay muchos tipos diferentes de kilonovas, todas en la misma familia, como es el caso de los muchos tipos diferentes de supernovas. Es muy emocionante dar forma a nuestro conocimiento en tiempo real ".

Además de Troja y Ryan, los coautores del artículo de investigación afiliados a la UMD incluyen al profesor de astronomía Sylvain Veilleux y al profesor adjunto Bradley Cenko.

El trabajo de investigación, “The afterglow and kilonova of the short GRB 160821B”, Eleonora Troja, Alberto Castro-Tirado, Josefa Becerra González, Youdong Hu, Geoffrey Ryan, S. Bradley Cenko, Roberto Ricci, Giovanni Novara, Ruben Sánchez-Rámirez, Jose Acosta-Pulido, Kendall Ackley, Maria Caballero García, Stephen Eikenberry, Sergiy Guziy, Seob Jeong, Amy Lien, Isabel Márquez, Sashi Pandey, Ii Park, Takanori Sakamoto, Juan Tello, Igor Sokolov, Vladimir Sokolov, Andrea Tiengo, Azamat Valeev , Bin Bin Zhang, Sylvain Veilleux, fue publicado en la revista Avisos mensuales de la Royal Astronomical Society el 27 de agosto de 2019.

Este trabajo contó con el apoyo de la Fundación Nacional de Ciencias (Premio N ° AST-1005313) del Ministerio de Ciencia, Innovación y Universidades de España (Premio N ° SEV-2017-0709) de la Agencia Espacial Italiana (Premio N ° 2015-046-R .0 y 2017-14-H.0) el Programa Marco Horizonte 2020 de la Unión Europea (Premio No. 654215) y el Consejo de Becas de China (Premio No. 201406660015). El contenido de este artículo no refleja necesariamente las opiniones de estas organizaciones.

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Los astrónomos encuentran oro cósmico y confirman el origen de metales preciosos en fusiones de estrellas de neutrones

La primera detección de ondas gravitacionales de la fusión cataclísmica de dos estrellas de neutrones, y la observación de la luz visible después de esa fusión, finalmente responde a una pregunta de larga data en astrofísica: ¿Dónde se encuentran los elementos más pesados, que van desde la plata y otros elementos preciosos? metales al uranio, ¿de dónde vienen?

Con base en el brillo y el color de la luz emitida después de la fusión, que coincide estrechamente con las predicciones teóricas de los físicos del Laboratorio Nacional de la Universidad de California, Berkeley y Lawrence Berkeley, los astrónomos ahora pueden decir que el oro o el platino de su anillo de bodas con toda probabilidad fueron falsificados. durante la breve pero violenta fusión de dos estrellas de neutrones en órbita en algún lugar del universo.

Esta es la primera detección de una fusión de estrellas de neutrones por los detectores del Observatorio de Ondas Gravitacionales del Interferómetro Láser (LIGO) en los Estados Unidos, cuyos líderes fueron galardonados con el Premio Nobel de Física hace dos semanas, y el detector Virgo en Italia. LIGO había detectado previamente ondas gravitacionales de cuatro fusiones de agujeros negros, y Virgo una, pero tales eventos deberían ser completamente oscuros. Esta es la primera vez que se detecta luz asociada con una fuente de ondas gravitacionales.

"Hemos estado trabajando durante años para predecir cómo se vería la luz de una fusión de neutrones", dijo Daniel Kasen, profesor asociado de física y astronomía en UC Berkeley y científico en Berkeley Lab. "Ahora que la especulación teórica ha cobrado vida de repente".

La fusión de estrellas de neutrones, denominada GW170817, fue detectada el 17 de agosto e inmediatamente telegrafiada a los observadores de todo el mundo, quienes dirigieron sus pequeños y grandes telescopios hacia la región del cielo de donde provenía. Las ondas en el espacio-tiempo que midieron LIGO / Virgo sugirieron una fusión de estrellas de neutrones, ya que cada estrella del binario pesaba entre 1 y 2 veces la masa de nuestro sol. Aparte de los agujeros negros, las estrellas de neutrones son los objetos más densos conocidos en el universo. Se crean cuando una estrella masiva agota su combustible y colapsa sobre sí misma, comprimiendo una masa comparable a la del sol en una esfera de solo 10 millas de diámetro.

Solo 1,7 segundos después de que se registraron las ondas gravitacionales, el telescopio espacial Fermi detectó una breve ráfaga de rayos gamma de la misma región, evidencia de que se producen chorros de energía concentrados durante la fusión de estrellas de neutrones. Menos de 11 horas después, los observadores vieron por primera vez la luz visible de la fuente. Se localizó en una galaxia conocida, NGC 4993, situada a unos 130 millones de años luz de la Tierra en la dirección de la constelación de Hydra.

La detección de una fusión de estrellas de neutrones fue sorprendente, porque las estrellas de neutrones son mucho más pequeñas que los agujeros negros y sus fusiones producen ondas gravitacionales mucho más débiles que las fusiones de agujeros negros. Según el profesor de astronomía y física de Berkeley, Eliot Quataert, "Estábamos anticipando que LIGO encontraría una fusión de estrellas de neutrones en los próximos años, pero verla tan cerca, para los astrónomos, y tan brillante con luz normal, ha superado todas nuestras expectativas más salvajes. Y Y lo que es aún más sorprendente, ¡resulta que la mayoría de nuestras predicciones de cómo se verían las fusiones de estrellas de neutrones vistas por telescopios normales eran correctas! "

Las observaciones de ondas gravitacionales de LIGO / Virgo y la detección de su contraparte óptica serán discutidas en una conferencia de prensa a las 10 am EDT el lunes 16 de octubre en el National Press Club en Washington, DC Simultáneamente, varias docenas de artículos discutirán las observaciones. ser publicado en línea por Naturaleza, Ciencias y el Diario astrofísico Letras.

Génesis de los elementos

Mientras que el hidrógeno y el helio se formaron en el Big Bang hace 13.800 millones de años, más tarde se formaron elementos más pesados ​​como el carbono y el oxígeno en los núcleos de las estrellas a través de la fusión nuclear de hidrógeno y helio. Pero este proceso solo puede construir elementos hasta el hierro. La fabricación de los elementos más pesados ​​requiere un entorno especial en el que los átomos sean bombardeados repetidamente por neutrones libres. A medida que los neutrones se adhieren a los núcleos atómicos, se construyen elementos más altos en la tabla periódica.

Dónde y cómo ocurre este proceso de producción de elementos pesados ​​ha sido una de las preguntas más antiguas en astrofísica. La atención reciente se ha centrado en las fusiones de estrellas de neutrones, donde la colisión de las dos estrellas arroja nubes de materia rica en neutrones al espacio, donde podrían ensamblarse en elementos pesados.

Las simulaciones realizadas por un equipo de UC Berkeley y Berkeley Lab dirigido por Daniel Kasen encajan notablemente bien con las observaciones del espectro de la nube de escombros que quedó cuando las estrellas de neutrones se fusionaron. La simulación (derecha) predijo un resplandor azul de elementos radiactivos más ligeros expulsados ​​a lo largo de los polos, seguido de un resplandor rojo a largo plazo de elementos más pesados ​​producidos cuando las estrellas se arrancaban la cara entre sí. Crédito: Dan Kasen, UC Berkeley y Berkeley Lab

La especulación de que los astrónomos podrían ver la luz de elementos tan pesados ​​se remonta a la década de 1990, pero la idea había estado acumulando polvo hasta 2010, cuando Brian Metzger, entonces un estudiante graduado recién acuñado en UC Berkeley, ahora profesor de astrofísica en la Universidad de Columbia, fue coautor de un artículo con Quataert y Kasen en el que calcularon la radiactividad de los restos de la estrella de neutrones y estimaron su brillo por primera vez.

"A medida que la nube de escombros se expande hacia el espacio", dijo Metzger, "la desintegración de los elementos radiactivos la mantiene caliente y hace que brille".

Metzger, Quataert, Kasen y sus colaboradores demostraron que esta luz de las fusiones de estrellas de neutrones era aproximadamente mil veces más brillante que las explosiones de novas normales en nuestra galaxia, lo que los motivó a llamar a estos destellos exóticos "kilonovas".

Aún así, quedaban preguntas básicas sobre cómo se vería realmente una kilonova.

"Los escombros de la fusión de estrellas de neutrones son cosas raras: una mezcla de metales preciosos y desechos radiactivos", dijo Kasen.

Los astrónomos no conocen fenómenos comparables, por lo que Kasen y sus colaboradores tuvieron que recurrir a la física fundamental y resolver ecuaciones matemáticas que describen cómo la estructura cuántica de los átomos pesados ​​determina cómo emiten y absorben la luz.

Jennifer Barnes, becaria postdoctoral de Einstein en Columbia, trabajó como estudiante de posgrado en Berkeley con Kasen para hacer algunas de las primeras predicciones detalladas de cómo debería ser una kilonova.

"Cuando calculamos las opacidades de los elementos formados en una fusión de estrellas de neutrones, encontramos mucha variación. Los elementos más ligeros eran ópticamente similares a los elementos que se encuentran en las supernovas, pero los átomos más pesados ​​eran más de cien veces más opacos de lo que pensamos. "Estoy acostumbrado a ver en las explosiones astrofísicas", dijo Barnes. "Si los elementos pesados ​​están presentes en los escombros de la fusión, su alta opacidad debería dar a las kilonovas un tono rojizo".

"Creo que fastidiamos a toda la comunidad astrofísica cuando lo anunciamos por primera vez", dijo Kasen. "Estábamos prediciendo que una kilonova debería ser relativamente tenue y más roja que el rojo, lo que significa que sería una cosa increíblemente difícil de encontrar. En el lado positivo, habíamos definido una pistola humeante: puedes decir que estás viendo pesados ​​recién producidos elementos por su distintivo color rojo. "

Eso es exactamente lo que observaron los astrónomos.

Las fusiones de estrellas de neutrones producen cantidades masivas de elementos pesados, como oro, platino y uranio. Esta simulación realizada por un equipo de UC Berkeley / Berkeley Lab muestra lo que los astrónomos verían después de la fusión: emisiones azules de elementos más ligeros salieron a chorros de los polos, seguidas de emisiones rojas de elementos más pesados ​​en la nube de escombros radiactivos arrojados durante la colisión. Crédito: Dan Kasen, UC Berkeley y Berkeley Lab

Una 'predicción traicionera'

El descubrimiento de agosto de LIGO / Virgo de una fusión de estrellas de neutrones significó que "el día del juicio para los teóricos llegaría antes de lo esperado", dijo Kasen.

"Durante años, la idea de una kilonova había existido sólo en nuestra imaginación teórica y nuestros modelos informáticos", dijo. "Dada la compleja física involucrada, y el hecho de que teníamos esencialmente cero entradas de observación para guiarnos, fue una predicción increíblemente traicionera: los teóricos realmente estaban arriesgando".

Pero a medida que llegaban los datos, una noche tras otra, las imágenes comenzaron a ensamblarse en una imagen sorprendentemente familiar.

En las primeras dos noches de observaciones, el color del evento de fusión fue relativamente azul con un brillo que coincidía sorprendentemente bien con las predicciones de los modelos de kilonova si las capas externas de los escombros de la fusión están hechas de elementos preciosos ligeros como la plata. Sin embargo, durante los días siguientes, la emisión se volvió cada vez más roja, una señal de que las capas internas de la nube de escombros también contienen los elementos más pesados, como platino, oro y uranio.

"Quizás la mayor sorpresa fue lo bien que actuó la señal visual en comparación con nuestras expectativas teóricas", señaló Metzger. "Nadie había visto nunca de cerca una fusión de estrellas de neutrones. Para armar la imagen completa de tal evento se requiere una amplia gama de física: relatividad general, hidrodinámica, física nuclear, física atómica. Combinar todo eso y llegar a un La predicción que coincide con la realidad de la naturaleza es un verdadero triunfo para la astrofísica teórica ".

Kasen, que también fue miembro de los equipos de observación que descubrieron y realizaron observaciones de seguimiento de la fuente, recordó la emoción del momento: "Me quedé despierto pasadas las 3 am noche tras noche, comparando nuestros modelos con los datos más recientes, y pensando, 'No puedo creer que esto esté sucediendo. Estoy mirando algo nunca antes visto en la Tierra, y creo que realmente entiendo lo que estoy viendo' ".

Kasen y sus colegas han presentado modelos de kilonova actualizados e interpretaciones teóricas de las observaciones en un artículo publicado el 16 de octubre antes de su publicación en Naturaleza. Sus modelos también se están utilizando para analizar un amplio conjunto de datos presentados en siete artículos adicionales que aparecen en Naturaleza, Ciencias y el Diario astrofísico.

Las observaciones no solo confirmaron las predicciones teóricas, sino que el modelado permitió a Kasen y sus colegas calcular la cantidad y composición química del material producido. Los científicos infirieron que alrededor del 6 por ciento de la masa solar de elementos pesados ​​se formaron. El rendimiento de oro solo fue de alrededor de 200 masas terrestres y el del platino de casi 500 masas terrestres.

Inicialmente, los astrofísicos pensaron que las supernovas ordinarias podrían explicar los elementos pesados, pero siempre ha habido problemas con esa teoría, dijo el coautor Enrico Ramirez-Ruiz, profesor de astronomía y astrofísica en UC Santa Cruz. Según Ramírez-Ruiz, las nuevas observaciones apoyan la teoría de que las fusiones de estrellas de neutrones pueden explicar todo el oro del universo, así como aproximadamente la mitad de todos los demás elementos más pesados ​​que el hierro.

"La mayor parte del tiempo en ciencia se trabaja para avanzar gradualmente en un tema establecido", dijo Kasen. "Es raro estar presente para el nacimiento de un campo completamente nuevo de la astrofísica. Creo que todos somos muy afortunados de haber tenido la oportunidad de desempeñar un papel".


Los científicos detectan ondas gravitacionales producidas por la colisión de estrellas de neutrones

Un artista & # 8217s ilustración de dos estrellas de neutrones que se fusionan. El haz estrecho representa el estallido de rayos gamma, y ​​la rejilla del espacio-tiempo ondulante indica las ondas gravitacionales isotrópicas que caracterizan la fusión.Las nubes arremolinadas de materiales expulsados ​​por la colisión son una posible fuente de luz que se vio a energías más bajas. Gráfico cortesía de National Science Foundation / LIGO / Sonoma State University / A. Simonnet

OXFORD, Miss. - Por primera vez, los científicos han detectado directamente ondas gravitacionales, ondas en el espacio y el tiempo, además de la luz de la espectacular colisión de dos estrellas de neutrones. Esta es la primera vez que un evento cósmico se ha visto tanto en ondas gravitacionales como en luz.

El descubrimiento se realizó utilizando el Observatorio de ondas gravitacionales del interferómetro láser con sede en EE. UU., Conocido como LIGO, el detector Virgo con sede en Europa, y unos 70 observatorios terrestres y espaciales.

Las estrellas de neutrones son las estrellas más pequeñas y densas que se sabe que existen y se forman cuando las estrellas masivas explotan en supernovas. A medida que estas estrellas de neutrones giraban juntas, emitían ondas gravitacionales que eran detectables durante unos 100 segundos cuando chocaban, se emitió un destello de luz en forma de rayos gamma y se vio en la Tierra unos dos segundos después de las ondas gravitacionales.

En los días y semanas posteriores al aplastamiento, se detectaron otras formas de luz o radiación electromagnética, incluidos rayos X, rayos ultravioleta, ópticos, infrarrojos y ondas de radio.

"Este es realmente el comienzo de la astronomía de múltiples mensajeros", dijo Marco Cavaglia, profesor de física y astronomía en la Universidad de Mississippi e investigador principal del grupo Ole Miss LIGO. & # 8220Desde el momento en que los humanos miraron el cielo por primera vez, la gente simplemente ha confiado en la luz para aprender sobre el universo.

& # 8220Hoy demostramos que podemos observar simultáneamente un evento cósmico utilizando dos portadores de información diferentes: ondas electromagnéticas y ondas gravitacionales. Esta es una revolución en astronomía comparable a las primeras observaciones telescópicas de Galileo & # 8217. & # 8221.

Las observaciones han brindado a los astrónomos una oportunidad sin precedentes para sondear una colisión de dos estrellas de neutrones. Por ejemplo, las observaciones realizadas por el Observatorio Gemini de EE. UU., El Telescopio Europeo Muy Grande y el Telescopio Espacial Hubble de la NASA # 8217 revelan firmas de material sintetizado recientemente, incluidos el oro y el platino, que resuelven un misterio de décadas de dónde aproximadamente la mitad de todos los elementos son más pesados ​​que se producen hierro.

Los resultados de LIGO-Virgo se publican hoy en la revista Physical Review Letters. Se han enviado o aceptado artículos adicionales de las colaboraciones de LIGO y Virgo y de la comunidad astronómica para su publicación en varias revistas.

La señal gravitacional, llamada GW170817, se detectó por primera vez a las 7:41 a.m. del 17 de agosto; la detección fue realizada por dos detectores LIGO idénticos en Hanford, Washington y Livingston, Louisiana. La información proporcionada por el tercer detector, Virgo, situado cerca de Pisa, Italia, permitió una mejora en la localización del evento cósmico.

En ese momento, LIGO estaba llegando al final de su segunda ejecución de observación desde que se actualizó en un programa llamado Advanced LIGO, mientras que Virgo había comenzado su primera ejecución después de completar recientemente una actualización conocida como Advanced Virgo.

Los observatorios LIGO financiados por la National Science Foundation fueron concebidos, construidos y operados por Caltech y MIT. Virgo está financiado por el Istituto Nazionale di Fisica Nucleare en Italia y el Centre National de la Recherche Scientifique en Francia, y es operado por el Observatorio Gravitacional Europeo. Unos 1.500 científicos de LIGO Scientific Collaboration y Virgo Collaboration trabajan juntos para operar los detectores y procesar y comprender los datos de ondas gravitacionales que capturan.

Cada observatorio consta de dos largos túneles dispuestos en forma de & # 8220L & # 8221, en cuya unión se divide un rayo láser en dos. La luz se envía a lo largo de cada túnel y luego se refleja en la dirección de donde proviene un espejo suspendido. En ausencia de ondas gravitacionales, la luz láser en cada túnel debería regresar al lugar donde los rayos se dividieron exactamente al mismo tiempo. Si una onda gravitacional pasa a través del observatorio, alterará la hora de llegada de cada rayo láser, creando un cambio casi imperceptible en la señal de salida del observatorio.

El 17 de agosto, el software de análisis de datos en tiempo real de LIGO & # 8217 capturó una fuerte señal de ondas gravitacionales desde el espacio en uno de los dos detectores LIGO. Casi al mismo tiempo, el monitor de ráfagas de rayos gamma del telescopio espacial Fermi de la NASA # 8217 había detectado una ráfaga de rayos gamma.

La detección rápida de ondas gravitacionales por parte del equipo de LIGO-Virgo, junto con la detección de rayos gamma Fermi & # 8217s, permitió el lanzamiento de un seguimiento por telescopios en todo el mundo.

Los datos de LIGO indicaron que dos objetos astrofísicos ubicados a una distancia relativamente cercana de unos 130 millones de años luz de la Tierra habían estado girando en espiral uno hacia el otro. Parecía que los objetos no eran tan masivos como los agujeros negros binarios, objetos que LIGO y Virgo habían detectado previamente.

En cambio, se estimó que los objetos inspiradores estaban en un rango de alrededor de 1,1 a 1,6 veces la masa del sol, en el rango de masa de las estrellas de neutrones. Una estrella de neutrones tiene aproximadamente 12 millas de diámetro y es tan densa que una cucharadita de material de estrella de neutrones tiene una masa de aproximadamente mil millones de toneladas.

& # 8220La comunidad científica ha estado esperando ansiosamente este momento & # 8221, dice Kate Dooley, profesora asistente de física y astronomía de la UM y miembro del equipo LIGO que diseñó y construyó los detectores.

& # 8220 Las estrellas de neutrones que se fusionan proporcionan un laboratorio tan emocionante para la nueva física. Podemos estudiar cómo se comportan los neutrones cuando están tan juntos e incluso hacer una medición independiente de la expansión del universo. Somos tremendamente afortunados de que este evento estuviera relativamente cerca y también podría ser señalado con tanta precisión en el cielo. & # 8221

Los teóricos han predicho que cuando las estrellas de neutrones chocan, deberían emitir ondas gravitacionales y rayos gamma, junto con potentes chorros que emiten luz a través del espectro electromagnético. El estallido de rayos gamma detectado por Fermi, y poco después confirmado por el observatorio de rayos gamma INTEGRAL de la Agencia Espacial Europea, es lo que se denomina un estallido corto de rayos gamma.

Las nuevas observaciones confirman que al menos algunos estallidos cortos de rayos gamma se generan por la fusión de estrellas de neutrones, algo que solo se teorizó antes.

& # 8220Este resultado es un gran ejemplo de la eficacia del trabajo en equipo, de la importancia de la coordinación y del valor de la colaboración científica & # 8221, dijo Federico Ferrini, director del Observatorio Gravitacional Europeo. & # 8220 Estamos encantados de haber desempeñado nuestro papel relevante en este extraordinario desafío científico: sin Virgo, habría sido muy difícil localizar la fuente de las ondas gravitacionales.

Cada observatorio electromagnético publicará sus propias observaciones detalladas del evento astrofísico. Mientras tanto, está surgiendo una imagen general entre todos los observatorios involucrados que confirma aún más que la señal inicial de la onda gravitacional de hecho provino de un par de estrellas de neutrones inspiradoras.

Hace aproximadamente 130 millones de años, las dos estrellas de neutrones estaban en sus momentos finales de orbitar entre sí, separadas solo por unas 200 millas y ganando velocidad mientras acortaban la distancia entre ellas. A medida que las estrellas giraban en espiral más rápido y más juntas, se estiraban y distorsionaban el espacio-tiempo circundante, emitiendo energía en forma de ondas gravitacionales antes de estrellarse entre sí.

En el momento de la colisión, la mayor parte de las dos estrellas de neutrones se fusionaron en un objeto ultradenso, emitiendo una & # 8220 bola de fuego & # 8221 de rayos gamma. Las mediciones iniciales de rayos gamma, combinadas con la detección de ondas gravitacionales, también confirman la teoría de la relatividad general de Einstein, que predice que las ondas gravitacionales deben viajar a la velocidad de la luz.

Imágenes ópticas e infrarrojas cercanas del telescopio Swope y Magellan de la primera contraparte óptica de una fuente de ondas gravitacionales, SSS17a, en su galaxia, NGC 4993. La imagen de la izquierda es del 17 de agosto, 11 horas después de la detección de LIGO / Virgo del gravitacional fuente de ondas, y contiene los primeros fotones ópticos de una fuente de ondas gravitacionales. La imagen de la derecha es de cuatro días después. SSS17a, que es el resultado de una fusión de estrellas de neutrones, está marcado con una flecha roja. En la primera noche, SSS17a fue relativamente brillante y azul. En solo unos días, se desvaneció significativamente y su color se volvió mucho más rojo. Estas observaciones muestran que en la fusión se crearon elementos pesados ​​como el oro y el platino. Fotos cortesía de 1M2H / UC Santa Cruz and Carnegie Observatories / Ryan Foley

Los teóricos han predicho que lo que sigue a la bola de fuego inicial es un & # 8220kilonova, & # 8221, un fenómeno por el cual el material que queda de la colisión de la estrella de neutrones, que brilla con luz, es expulsado de la región inmediata y hacia el interior. espacio. Las nuevas observaciones basadas en la luz muestran que los elementos pesados, como el plomo y el oro, se crean en estas colisiones y posteriormente se distribuyen por todo el universo.

En las próximas semanas y meses, los telescopios de todo el mundo continuarán observando el resplandor de la fusión de estrellas de neutrones y recopilarán más pruebas sobre las diversas etapas de la fusión, su interacción con su entorno y los procesos que producen los elementos más pesados ​​del universo.

& # 8220La astronomía de ondas gravitacionales continúa proporcionando nuevas y emocionantes formas de observar nuestro universo & # 8221, dijo Josh Gladden, vicerrector interino de investigación y programas patrocinados de la UM. & # 8220 Un aspecto particularmente emocionante de este descubrimiento es que este evento podría ser observado tanto por la astronomía electromagnética (luz) tradicional como por ondas gravitacionales, lo que permite comparaciones directas.

& # 8220 Estamos orgullosos de que nuestro grupo de gravedad en Ole Miss continúe aportando importantes contribuciones al esfuerzo de LIGO. & # 8221

LIGO está financiado por NSF y operado por Caltech y MIT, que concibieron LIGO y lideraron los proyectos LIGO Inicial y Avanzado. El apoyo financiero para el proyecto Advanced LIGO fue liderado por la NSF con Alemania (Sociedad Max Planck), el Reino Unido (Consejo de Instalaciones de Ciencia y Tecnología) y Australia (Consejo de Investigación de Australia) haciendo importantes compromisos y contribuciones al proyecto.

Más de 1.200 científicos y unas 100 instituciones de todo el mundo participan en el esfuerzo a través de la Colaboración Científica LIGO, que incluye la Colaboración GEO y la Colaboración Australiana OzGrav. Los socios adicionales se enumeran en http://ligo.org/partners.php.

La colaboración de Virgo está formada por más de 280 físicos e ingenieros pertenecientes a 20 grupos de investigación europeos diferentes: seis del Centre National de la Recherche Scientifique en Francia ocho del Istituto Nazionale di Fisica Nucleare en Italia dos en los Países Bajos con Nikhef el MTA Wigner RCP en Hungría el grupo POLGRAW en Polonia España con la Universidad de Valencia y el Observatorio Gravitacional Europeo, el laboratorio que alberga el detector Virgo cerca de Pisa en Italia, financiado por CNRS, INFN y Nikhef.

El especialista en comunicaciones de la UM, Edwin Smith, contribuyó a este informe.


Los astrónomos ven estroncio en los restos de Kilonova, prueba de que las colisiones de estrellas de neutrones producen elementos pesados ​​en el universo

Los astrónomos han detectado estroncio a raíz de una colisión entre dos estrellas de neutrones. Esta es la primera vez que se identifica un elemento pesado en una kilonova, consecuencia explosiva de este tipo de colisiones. El descubrimiento tapa un agujero en nuestra comprensión de cómo se forman los elementos pesados.

En 2017, el Observatorio de ondas gravitacionales del interferómetro láser (LIGO) y el observatorio europeo VIRGO detectaron ondas gravitacionales provenientes de la fusión de dos estrellas de neutrones. El evento de fusión se denominó GW170817 y estaba a unos 130 millones de años luz de distancia en la galaxia NGC 4993.

La kilonova resultante se llama AT2017gfo, y el Observatorio Europeo Austral (ESO) apuntó varios de sus telescopios hacia ella para observarla en diferentes longitudes de onda. En particular, apuntaron el Very Large Telescope (VLT) y su instrumento X-shooter a la kilonova.

Este gráfico muestra la extensa constelación de Hydra (la serpiente marina femenina), la constelación más grande y más larga del cielo. Se muestran la mayoría de las estrellas visibles a simple vista en una noche clara y oscura. El círculo rojo marca la posición de la galaxia NGC 4993, que se hizo famosa en agosto de 2017 como el sitio de la primera fuente de ondas gravitacionales que también se identificó en luz visible como la kilonova GW170817. NGC 4993 puede verse como un parche muy débil con un telescopio aficionado más grande. Créditos de imagen: ESO, IAU y Sky & amp Telescope

El X-shooter es un espectrógrafo de múltiples longitudes de onda que observa en luz visible ultravioleta B (UVB) e infrarrojo cercano (NIR). Inicialmente, los datos del X-shooter sugirieron que había elementos más pesados ​​presentes en la kilonova. Pero hasta ahora, no han podido identificar elementos individuales.

& # 8220Esta es la etapa final de una persecución de décadas para precisar el origen de los elementos. & # 8221

Darach Watson, autor principal, Universidad de Copenhague.

Estos nuevos resultados se presentan en un nuevo estudio titulado & # 8220Identificación de estroncio en la fusión de dos estrellas de neutrones & # 8221. El autor principal es Darach Watson de la Universidad de Copenhague en Dinamarca. El artículo fue publicado en la revista Naturaleza el 24 de octubre de 2019.

& # 8220 Al volver a analizar los datos de 2017 de la fusión, ahora hemos identificado la firma de un elemento pesado en esta bola de fuego, el estroncio, lo que demuestra que la colisión de estrellas de neutrones crea este elemento en el Universo, & # 8221, dijo Watson en un comunicado de prensa. .

La forja de los elementos químicos se llama nucleosíntesis. Los científicos lo han sabido durante décadas. Sabemos que los elementos se forman en supernovas, en las capas externas de estrellas envejecidas y en estrellas regulares. Pero ha habido una brecha en nuestra comprensión en lo que respecta a la captura de neutrones y cómo se forman los elementos más pesados. Según Watson, este descubrimiento llena ese vacío.

& # 8220 Esta es la etapa final de una persecución de décadas para precisar el origen de los elementos & # 8221, dice Watson. & # 8220 Sabemos ahora que los procesos que crearon los elementos ocurrieron principalmente en estrellas ordinarias, en explosiones de supernovas o en las capas externas de estrellas viejas. Pero, hasta ahora, no conocíamos la ubicación del proceso final, no descubierto, conocido como captura rápida de neutrones, que creó los elementos más pesados ​​en la tabla periódica. & # 8221

Hay dos tipos de captura de neutrones: rápida y lenta. Cada tipo de captura de neutrones es responsable de la creación de aproximadamente la mitad de los elementos más pesados ​​que el hierro. La captura rápida de neutrones permite que un núcleo atómico capture neutrones más rápido de lo que puede desintegrarse, creando elementos pesados. El proceso se elaboró ​​hace décadas, y la evidencia circunstancial apuntaba a las kilonovas como el lugar probable para que tuviera lugar el proceso de captura rápida de neutrones. Pero nunca se observó en un sitio astrofísico, hasta ahora.

Las estrellas son lo suficientemente calientes como para producir muchos de los elementos. Pero solo los ambientes cálidos más extremos pueden crear elementos más pesados ​​como el estroncio. Solo esos entornos, como esta kilonova, tienen suficientes neutrones libres alrededor. En una kilonova, los átomos son bombardeados constantemente por cantidades masivas de neutrones, lo que permite que el rápido proceso de captura de neutrones cree los elementos más pesados.

& # 8220 Esta es la primera vez que podemos asociar directamente el material recién creado formado a través de la captura de neutrones con una fusión de estrellas de neutrones, confirmando que las estrellas de neutrones están hechas de neutrones y vinculando el proceso de captura rápida de neutrones, debatido durante mucho tiempo, a tales fusiones, & # 8221 dice Camilla Juul Hansen del Instituto Max Planck de Astronomía en Heidelberg, quien jugó un papel importante en el estudio.

A pesar de que los datos del tirador X han existido durante un par de años, los astrónomos no estaban seguros de estar viendo estroncio en la kilonova. Pensaron que lo estaban viendo, pero no pudieron estar seguros de inmediato. Nuestra comprensión de las fusiones de kilonovas y estrellas de neutrones está lejos de ser completa. Hay complejidades en los espectros X-shooter de la kilonova que tuvieron que resolverse, específicamente cuando se trata de identificar los espectros de elementos más pesados.

El 17 de agosto de 2017, el Observatorio de Ondas Gravitacionales del Interferómetro Láser (LIGO) y el Interferómetro Virgo detectaron ondas gravitacionales de la colisión entre dos estrellas de neutrones. En 12 horas, los observatorios habían identificado la fuente del evento dentro de la galaxia lenticular NGC 4993, que se muestra en esta imagen recopilada con el Telescopio Espacial Hubble de NASA / ESA. La llamarada estelar asociada, una kilonova, es claramente visible en las observaciones del Hubble. Esta es la primera vez que se observa la contraparte óptica de un evento de ondas gravitacionales. Hubble observó que la kilonova se desvanecía gradualmente en el transcurso de seis días, como se muestra en estas observaciones tomadas entre el 22 y el 28 de agosto (recuadros). Por ESA / Hubble, CC BY 4.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=63442000

& # 8220 De hecho, se nos ocurrió la idea de que podríamos estar viendo estroncio bastante rápido después del evento. Sin embargo, demostrar que este era el caso de manera demostrable resultó ser muy difícil. Esta dificultad se debió a nuestro conocimiento muy incompleto de la apariencia espectral de los elementos más pesados ​​en la tabla periódica, & # 8221, dice el investigador de la Universidad de Copenhague Jonatan Selsing, quien fue un autor clave del artículo.

Hasta ahora, la captura rápida de neutrones se debatió mucho, pero nunca se observó. Este trabajo llena uno de los agujeros en nuestra comprensión de la nucleosíntesis. Pero va más lejos que eso. Confirma la naturaleza de las estrellas de neutrones.

Después de que James Chadwick descubriera el neutrón en 1932, los científicos propusieron la existencia de la estrella de neutrones. En un artículo de 1934, los astrónomos Fritz Zwicky y Walter Baade adelantaron la opinión de que & # 8220 una supernova representa la transición de una estrella ordinaria a una estrella neutrón, que consta principalmente de neutrones. Una estrella así puede poseer un radio muy pequeño y una densidad extremadamente alta. & # 8221

Tres décadas después, las estrellas de neutrones se vincularon e identificaron con púlsares. Pero no había forma de probar que las estrellas de neutrones estuvieran hechas de neutrones, porque los astrónomos no pudieron obtener una confirmación espectroscópica.

Pero este descubrimiento, al identificar el estroncio, que solo podría haber sido sintetizado bajo un flujo de neutrones extremo, demuestra que las estrellas de neutrones están hechas de neutrones. Como dicen los autores en su artículo, & # 8220La identificación aquí de un elemento que solo podría haber sido sintetizado tan rápidamente bajo un flujo de neutrones extremo, proporciona la primera evidencia espectroscópica directa de que las estrellas de neutrones comprenden materia rica en neutrones & # 8221.

Este es un trabajo importante. El descubrimiento ha tapado dos agujeros en nuestra comprensión del origen de los elementos. Confirma observacionalmente lo que los científicos sabían teóricamente. Y eso siempre es bueno.


Colisión de estrellas de neutrones observada por astrónomos por primera vez

Por primera vez, se ha observado que dos estrellas de neutrones en una galaxia cercana participan en una danza de muerte en espiral una alrededor de la otra hasta que chocan. Lo que resultó de esa colisión se llama un descubrimiento & # 8220 sin precedentes & # 8221 que está marcando el comienzo de una nueva era de la astronomía, anunciaron los científicos el lunes.

"Ahora podemos completar algunos mosaicos más en el rompecabezas que es la historia de nuestro universo", dijo Laura Cadonati, portavoz adjunta de LIGO Scientific Collaboration y profesora de la escuela de física de Georgia Tech.

La colisión creó la primera instancia observada de una sola fuente que emite ondas en el espacio-tiempo, conocidas como ondas gravitacionales, así como luz, que se liberó en forma de una explosión de rayos gamma de dos segundos. La colisión también creó elementos pesados ​​como oro, platino y plomo, esparciéndolos por todo el universo en una kilonova & # 8212 similar a una supernova & # 8212 después de la bola de fuego inicial.

Está siendo aclamada como la primera instancia conocida de astrofísica de mensajeros múltiples: una fuente en el universo que emite dos tipos de ondas, gravitacionales y electromagnéticas.

Se llevaron a cabo conferencias de prensa en todo el mundo y el lunes se publicaron una multitud de artículos de investigación para detallar el descubrimiento, que fue capturado por telescopios espaciales y terrestres el 17 de agosto. Estos artículos y conferencias incluyen representantes de miles de científicos, 70 observatorios y detectores de ondas gravitacionales LIGO y Virgo que participaron en uno de los eventos astronómicos más observados y estudiados de nuestro tiempo. Un artículo incluye miles de autores que representan el 35% de la comunidad astronómica mundial.

Las ondas gravitacionales se detectaron directamente por primera vez hace dos años, lo que demuestra la teoría de la relatividad general de Albert Einstein, y recientemente, tres científicos recibieron el Premio Nobel de Física por su trabajo en esa primera detección. Esas ondas gravitacionales fueron el resultado de la colisión de dos agujeros negros, y la señal duró solo una fracción de segundo. Debido a que los agujeros negros no emiten luz, estas ondas eran invisibles y solo se escuchaban como golpes.

Este descubrimiento de dos estrellas de neutrones que chocan para crear el mismo tipo de ondas, además de la luz, permitió a los astrónomos estudiar las ondas gravitacionales de una manera nueva. La señal duró 100 segundos, lo que les proporcionó aún más datos y conocimientos. Reveló que las ondas de luz y gravitacionales viajan a la misma velocidad.

& # 8220 Ahora, podemos usar este tipo de evento para medir la tasa de expansión del universo & # 8221, dijo Marcelle Soares-Santos, profesora asistente en la Universidad Brandeis e investigadora asociada en el Centro Fermilab de Astrofísica de Partículas.

Vicky Kalogera, astrofísica líder de la Colaboración Científica LIGO, comparó las detecciones anteriores de ondas gravitacionales con experimentar una tormenta eléctrica en una habitación sin ventanas & # 8212 solo escuchando el trueno. Esta detección fue como experimentar una tormenta en una habitación con ventanas, cambiando todo lo que los científicos creían saber.

Kalogera también es cofundador y director actual de CIERA, el Centro de Exploración e Investigación Interdisciplinaria en Astrofísica, un centro de investigación de la Northwestern University.

& # 8220 El impacto para la astrofísica es equivalente a la transición de ver un conjunto de imágenes fijas en blanco y negro a sentarse en una sala de cine 3-D-IMAX: es una experiencia multisensorial del universo & # 8221 Cadonati.

Las teorías y los misterios fueron probados y revelados en esta rara observación. Eventos como este ocurren menos de 100 veces por millón de años en una galaxia. Pero los detectores LIGO y Virgo se volverán más sensibles en el futuro para buscar eventos similares en decenas de millones de galaxias.

& # 8220 Esta fue la culminación de una serie de áreas diferentes en astronomía y física, que se unieron en un evento asombroso, & # 8221, dijo Tony Piro, el erudito distinguido George Ellery Hale en astrofísica teórica en los Observatorios Carnegie.

En colaboración con UC Santa Cruz, los Observatorios Carnegie fueron los primeros en el mundo en descubrir este evento. Pudieron recopilar datos iniciales justo antes, durante y después de la colisión y estudiarlos con más detalle.

El descubrimiento confirma que los estallidos de rayos gamma pueden resultar de la colisión de estrellas de neutrones, así como que los elementos pesados ​​se crean como resultado de colisiones violentas entre estrellas. Confirma cómo se ven estas estrellas de neutrones cuando chocan. Y confirma que las ondas gravitacionales y la luz pueden ocurrir juntas.

& # 8220 Este evento singular finalmente resuelve todos estos problemas, reuniendo todos estos misterios a la vez & # 8221, dijo Piro.

¿Qué son las estrellas de neutrones?

Las estrellas de neutrones son las más pequeñas del universo, con un diámetro comparable al tamaño de una ciudad como Chicago o Atlanta. Son los restos de supernovas. Pero son increíblemente densos, con masas más grandes que las de nuestro sol. Así que piense en el sol comprimido en una gran ciudad. Ahora, piense en dos de ellos chocando violentamente entre sí.

& # 8220 Esta es más energía de la que ha sido liberada por el sol durante toda su vida, y fue liberada durante solo decenas de segundos cuando las estrellas de neutrones (en espiral) juntas, & # 8221 Piro dijo.

¿Cómo terminaron los elementos pesados ​​en la Tierra?

La gente tiende a pensar que todos los elementos de la tabla periódica se forman en la naturaleza, como en los centros de las estrellas, pero no es cierto, dijo Kalogera.

Eso ocurre solo hasta el nivel de hierro. Cualquier cosa más pesada que eso no se puede formar de forma natural como resultado de violentas colisiones de estrellas densas o explosiones durante el colapso de estrellas masivas. Eso fue lo que los astrónomos presenciaron durante esta colisión en particular. Luego, esos metales pesados ​​se dispararon lejos de la colisión.

Estas colisiones son responsables de la mitad de los elementos pesados ​​del universo.

Los elementos pesados ​​se dispersan en el gas de las galaxias, que se asienta y se condensa para formar estrellas y discos alrededor de las estrellas. Eso forma planetas, y los planetas tienen oro en ellos & # 8212 que extraemos en la Tierra, dijo Kalogera.

Para que estas estrellas de neutrones se formaran en primer lugar, hubo una supernova cuando el universo era joven: alrededor de 2 mil millones de años. Durante 11 mil millones de años después, estas estrellas bailaron unas alrededor de otras hasta que murieron en la colisión final.

La supernova inicial que creó las estrellas de neutrones también creó elementos del peso del hierro. Esta última colisión de las estrellas de neutrones, que resultó en una kilonova, creó todos los elementos más pesados ​​que el hierro. Entonces, el ciclo de vida completo de estas estrellas creó todos los elementos representados en la tabla periódica, según Edo Berger del Centro Harvard-Smithsonian de Astrofísica.

¿Cómo pudieron tantos astrónomos presenciar el mismo evento?

La ciencia es un deporte de equipo, dijo Kalogera.

Cuando Virgo y LIGO, trabajando juntos por primera vez en una colaboración de científicos de todo el mundo, detectaron la señal de las ondas gravitacionales en agosto, se envió una alerta a los observatorios de todo el mundo. Se embarcaron en una búsqueda para determinar de dónde venía la señal en el cielo para poder observarla en detalle, especialmente cuando se dieron cuenta de que iba acompañada de un estallido de rayos gamma.

Vieron la explosión azul brillante, que se desvaneció a un rojo intenso.

Los astrónomos, físicos, ingenieros y otros científicos que utilizan múltiples instrumentos espaciales y terrestres hicieron esto posible, desde la detección hasta las observaciones de seguimiento.

Y aunque la colisión en sí ocurrió hace 130 millones de años, debido a su distancia en años luz, la presenciamos desde la Tierra el 17 de agosto.

Cualquier científico involucrado en los segundos, días y semanas posteriores a esta detección admitirá que ha dormido poco desde entonces. Para ellos, es un descubrimiento único en la vida.

La observación también se produjo días antes del eclipse solar total, por lo que fue difícil para ellos guardar silencio sobre el descubrimiento. Espere que se publiquen artículos y más hallazgos en las próximas semanas, meses y años.

¿Qué misterios quedan?

Cualquier gran descubrimiento deja nuevas preguntas a su paso, y este no es una excepción. Los astrónomos continuarán estudiando los datos obtenidos en este descubrimiento.

Quieren saber qué creó la fusión de estas dos estrellas, ya sea un agujero negro o una estrella de neutrones más grande. La última investigación tiene autores de estudios que se inclinan hacia un agujero negro.

También quieren saber por qué el estallido de rayos gamma fue débil, dado que ocurrió en una galaxia vecina y debería haber parecido mucho más brillante.

& # 8220La imagen que tiene la mayoría de la gente es que el estallido de rayos gamma fue débil porque se vio fuera del eje & # 8221, dijo Piro. & # 8220La emisión de rayos gamma es muy radiante, por lo que si no está mirando directamente hacia el interior del cañón del chorro relativista, no podrá & # 8217 ver toda la potencia del estallido. & # 8221

Y, por supuesto, los astrónomos quieren observar más eventos como este para saber qué tan raro es.


La colisión de una estrella de neutrones revela el origen del oro, dicen los astrónomos

Un equipo internacional de astrónomos detectó las primeras ondas gravitacionales de la fusión de estrellas de neutrones y encontró pruebas de que son la fuente de los elementos pesados ​​del universo, incluidos el oro y el platino.

"Esta es una fuente que siempre pensamos que veríamos", dijo David Reitze, director ejecutivo del observatorio LIGO, que detectó las ondas cósmicas llamadas ondas gravitacionales, hablando en una conferencia de prensa ayer (16 de octubre). Los cadáveres estelares llamados pares de estrellas de neutrones se habían predicho antes. "Lo que vino después, la emisión de luz a través del espectro electromagnético que nos fue revelada por una campaña que involucró a 70 observatorios, incluidos siete observatorios espaciales y todos los continentes de la superficie del planeta".

Las ondas gravitacionales son una consecuencia de la teoría general de la relatividad de Einstein, que establece que la gravedad es una curvatura en el espacio-tiempo más que una fuerza. Si uno imagina cualquier objeto (un planeta, una estrella o incluso una persona) moviéndose a través del espacio, la curvatura se mueve y crea ondas gravitacionales como la estela de un barco. Solo los objetos realmente masivos, como las estrellas de neutrones y los agujeros negros, crean ondas que son detectables. [Los 18 mayores misterios sin resolver de la física]

Las estrellas de neutrones son los cadáveres de estrellas más masivas que nuestro sol. Con solo 12-15 millas (aproximadamente 20-25 kilómetros) de ancho y completamente llena de neutrones, una estrella de neutrones es tan densa que un centímetro cúbico pesa un millón de toneladas métricas.

Cuando dos estrellas de neutrones chocan, hay dos consecuencias que los teóricos han predicho: las estrellas generarían los elementos más pesados ​​que el níquel y el hierro en la tabla periódica y emitirían ondas gravitacionales a medida que avanzan en espiral hacia adentro. Estas ondas cósmicas en el espacio-tiempo quitarían energía a las estrellas que orbitan rápidamente y, finalmente, las estrellas de neutrones colisionarían y fusionarían. Las colisiones serían la fuente de elementos como platino, uranio y oro. El truco consistía en atrapar un par de estrellas de neutrones en el acto.

Ahí es donde entraron el Observatorio de ondas gravitacionales del interferómetro láser (LIGO) en los EE. UU. Y el Interferómetro Virgo en Italia. Una vez que LIGO había detectado las ondas gravitacionales, los astrónomos podían girar sus telescopios en el espacio y en el suelo hacia la región en la que esas ondas parecían proceden y señalan la fuente. Esas fueron las dos estrellas de neutrones, ubicadas a unos 130 millones de años luz de la Tierra en una galaxia elíptica llamada NGC 4993, en la constelación de Hydra. La fuente de ondas gravitacionales fue designada como GW170817, llamada así por la fecha en que ocurrió (17 de agosto de 2017).

Las colisiones de estrellas de neutrones harían "una bola de fuego altamente radiactiva", dijo Nial Tanvir, de la Universidad de Leicester en el Reino Unido, quien dirigió el equipo de observación que hizo las primeras observaciones infrarrojas de GW170817 después de la detección de ondas gravitacionales. La teoría, dijo, era que en la violencia de la colisión de la estrella de neutrones, los elementos más pesados ​​que se forman como partículas subatómicas se rompen entre sí. El equipo vio que los espectros de la luz infrarroja de las estrellas de neutrones revelaron elementos pesados ​​y que gran parte de ese material se lanza libremente.

"Lo que sucede con este material expulsado es que se mezclará con otros gases en la galaxia", dijo Tanvir.

El hallazgo fue un paso importante para descubrir el origen de elementos pesados ​​ricos en neutrones en el universo y los que encontramos en la Tierra. Alguna vez se pensó que las supernovas creaban tales elementos, pero el proceso no era lo suficientemente eficiente, dijo Marcelle Soares-Santos, profesora asistente de física en la Universidad Brandeis en Massachusetts. La proporción de elementos pesados ​​en la Tierra parecía demasiado grande para ser explicada por las cantidades generadas por las supernovas, dijo. [La física misteriosa de 7 cosas cotidianas]

Soares-Santos es el autor principal del estudio que describe las primeras observaciones ópticas de GW170817. Los científicos ya habían considerado que las colisiones de estrellas de neutrones eran buenas candidatas para crear algunos de los metales pesados ​​del universo, pero no estaba claro con qué frecuencia ocurren tales aplastamientos y cuánto material arrojan al espacio interestelar.

El astrónomo de Harvard Edo Berger, coautor del estudio dirigido por Soares-Santos, dijo que ahora hay una respuesta a la última pregunta: alrededor de 16.000 masas terrestres, una pequeña fracción de la masa total de las dos estrellas de neutrones. "Hay alrededor de 10 veces la masa de la Tierra en oro y platino solamente", dijo. (El oro constituye un total de aproximadamente una millonésima parte de la masa de la Tierra, y la mayor parte se encuentra en el núcleo del planeta). Todos estos elementos pesados ​​se convierten en parte del medio interestelar y, finalmente, una fracción termina como parte de nuevos planetas.

Berger dijo que los nuevos datos no significan que las supernovas no produzcan elementos más pesados, solo que las estrellas de neutrones parecen ser responsables de al menos una gran parte de ellos. "Con este canal de estrellas de neutrones, no tenemos que depender de las supernovas", dijo.

Tanvir dijo que la formación de elementos es, en cierto sentido, un proceso bien entendido. "Sabemos que si las condiciones son las adecuadas, esto puede suceder", dijo. Esta observación mostró que las estrellas de neutrones parecen tener esas condiciones, agregó.

Todavía hay algunas preguntas abiertas, dijo Berger. "No sabemos si este es un evento típico, o si otros en el futuro producirán más o menos de este material", dijo. Dadas las estimaciones de cuántos binarios de este tipo hay en el universo y cuánta materia arrojaron las estrellas de neutrones, "parece que podemos explicar todos los elementos pesados ​​más allá del hierro". Esto incluye los elementos pesados ​​que vemos en la Tierra, que habrían venido del mismo proceso antes de ser recogidos en la nebulosa que formó nuestro sistema solar.

Una vez que esos elementos estuvieran presentes en el vecindario, se habrían fusionado en asteroides que bombardearon la Tierra mientras se formaba, entregándonoslos. Los elementos pesados ​​arrojados por este par de estrellas de neutrones hace 130 millones de años también podrían terminar eventualmente en nuevos planetas.

El hecho de que los científicos puedan usar tanto ondas gravitacionales como luz para caracterizar un objeto a 130 millones de años luz de distancia significará un nuevo tipo de astronomía, dijo Laura Cadonati, portavoz adjunta de la colaboración científica LIGO. "Es como la transición de mirar una imagen en blanco y negro de un volcán a sentarse en una película IMAX en 3D que muestra la explosión del Vesubio".


Los astrónomos confirman el origen de los elementos más pesados ​​del universo en las fusiones de estrellas de neutrones

El origen de los elementos pesados ​​del Universo, que van desde el oro hasta el uranio, finalmente se ha confirmado, después de que una fuente de onda gravitacional fuera vista y escuchada por primera vez por una colaboración internacional de astrónomos y astrofísicos.

Fusión de estrellas de neutrones. Crédito de la imagen: Mark Garlick, Universidad de Warwick.

La fusión de estrellas de neutrones GW170817 se detectó el 17 de agosto de 2017 e inmediatamente se telegrafió a los astrónomos de todo el mundo, quienes dirigieron sus telescopios hacia la región del cielo de donde provenía.

Las ondas en el espacio y el tiempo que midieron los detectores LIGO y Virgo sugirieron una fusión de estrellas de neutrones, ya que cada estrella del binario pesaba entre 1 y 2 veces la masa de nuestro Sol.

Solo 1.7 segundos después de que se registraron las ondas gravitacionales, el Telescopio Espacial de Rayos Gamma Fermi detectó una breve ráfaga de rayos gamma de la misma región, evidencia de que se producen chorros concentrados de energía durante la fusión de estrellas de neutrones.

Menos de 11 horas después, los astrónomos vieron por primera vez la luz visible de la fuente. Se localizó en la galaxia lenticular NGC 4993, situada a unos 130 millones de años luz de la Tierra en dirección a la constelación de Hydra.

"En NGC 4993, dos estrellas de neutrones una vez formaron una espiral alrededor de la otra a una velocidad cegadora", dijeron los científicos.

"A medida que se acercaban, giraban aún más rápido, girando tan rápido como una licuadora cerca del final".

“Las poderosas fuerzas de las mareas arrancaron enormes trozos mientras que el resto chocó y se fusionó, formando una estrella de neutrones más grande o quizás un agujero negro. Las sobras se arrojaron al espacio. Liberados de la presión aplastante, los neutrones se volvieron a convertir en protones y electrones, formando una variedad de elementos químicos más pesados ​​que el hierro ".

La fusión de dos estrellas de neutrones produce una violenta explosión conocida como kilonova. Se espera que tal evento expulse elementos químicos pesados ​​al espacio. Esta imagen muestra algunos de estos elementos, junto con sus números atómicos. Crédito de la imagen: ESO / L. Calcada / M. Kornmesser.

En esta colisión se crearon enormes cantidades de oro, platino, uranio y otros elementos pesados, que se bombearon al Universo y desvelaron el misterio de cómo se forma originalmente el oro en los anillos de boda y las joyas.

"La colisión produjo tanto oro como la masa de la Tierra", señalaron los investigadores.

"Cómo se formaron los elementos más pesados ​​ha sido una de las preguntas más antiguas de nuestros orígenes cósmicos", dijo el Dr. Daniel Kasen, científico de la División de Ciencias Nucleares del Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley del Departamento de Energía.

"Ahora, por primera vez, hemos sido testigos directos de una nube de metales preciosos recién hechos en su sitio de producción".

“Una vez que vimos los datos, nos dimos cuenta de que habíamos capturado un nuevo tipo de objeto astrofísico. Esto marca el comienzo de la era de la astronomía de múltiples mensajeros, es como poder ver y escuchar por primera vez ”, dijo el profesor Andrew Levan, de la Universidad de Warwick.

"Gracias a este evento de múltiples mensajeros, sabemos con certeza que las fusiones de estrellas de neutrones pueden producir elementos pesados ​​como el oro, la plata y el hierro, que son tan importantes para nosotros en este planeta", agregó la Dra. Raffaella Margutti, de la Universidad Northwestern. .

“Este descubrimiento ha respondido a tres preguntas que los astrónomos han estado desconcertando durante décadas: ¿qué sucede cuando las estrellas de neutrones se fusionan? ¿Qué causa los estallidos de rayos gamma de corta duración? ¿Dónde se fabrican los elementos pesados, como el oro? En el espacio de aproximadamente una semana se resolvieron los tres misterios ”, dijo la Dra. Samantha Oates, de la Universidad de Warwick.

“Las exquisitas observaciones obtenidas en unos pocos días mostraron que estábamos observando una kilonova, un objeto cuya luz es impulsada por reacciones nucleares extremas. Esto nos dice que los elementos pesados, como el oro o el platino en las joyas son las cenizas, forjadas en los restos de mil millones de grados de una estrella de neutrones fusionada ”, dijo el Dr. Joe Lyman, también de la Universidad de Warwick.

Los artículos científicos que describen e interpretan estas observaciones se publican en la revista. Naturaleza y el Cartas de revistas astrofísicas.

E. Pian et al. Identificación espectroscópica de la nucleosíntesis del proceso r en una fusión doble de estrellas de neutrones. Naturaleza, publicado en línea el 16 de octubre de 2017 doi: 10.1038 / nature24298