La era de la astronomía multimensajero

Cada cierto tiempo, existen en la ciencia revoluciones que cambian completamente la manera que tenemos de ver las cosas. En la actualidad, estamos viviendo una de esas revoluciones en astronomía: comenzó en febrero de 2016 con el anuncio de la primera detección confirmada de ondas gravitacionales, y ahora en octubre de 2017 se expande al espectro electromagnético: por primera vez se ha detectado un evento astronómico observado tanto en ondas gravitacionales, como en rayos gamma y luz visible por telescopios.

Representación artística del choque de dos estrellas de neutrones. Imagen: NSF/LIGO/Sonoma State University/A. Simonnet

Además de ser la primera observación del choque de dos estrellas de neutrones, el fenómeno confirmado hoy corresponde a la primera vez que se observa la fuente de un brote de rayos gamma, y la primera observación de las predichas kilonovas, explosiones similares a las supernovas pero de menor magnitud. El anuncio de hoy es verdaderamente una explosión de nueva información y confirmaciones para la astrofísica.

¿Multimensajeros?

Se denomina a astronomía multimensajero a astronomía que podemos realizar con información de distintas fuentes, por ejemplo, ondas electromagneticas y gravitacionales. Tener información de distintos tipos permite complementar las detecciones, para así tener una imagen más detallada del objeto o fenómeno que se está observando. La radiación electromagnética, las ondas gravitacionales, los neutrinos y los rayos cósmicos son todos distintos tipos de emisiones que pueden provenir de una misma fuente astrofísica.

Cada distinto tipo de radiación nos permite conocer una cara distinta del fenómeno que estamos observando. Mientras más opciones tengamos para observar un fenómeno, mejor podremos modelarlo y comprenderlo. Hasta el año 2015, las ondas gravitacionales eran sólo una predicción — hoy, ha quedado demostrado que podemos utilizarlas para ampliar nuestro entendimiento de fenómenos que habíamos observado previamente con telescopios. La astronomía multimensajero nos permitirá conocer y estudiar fenómenos astrofísicos que quizás ya habíamos observado antes, pero nunca con tanta profundidad.

Estrellas de neutrones y brotes de rayos gamma

Si eres seguidor de este blog, ya sabes qué son las ondas gravitacionales — te lo expliqué en febrero de 2016, para su primera detección. En ese entonces, las ondas provenían del choque de dos agujeros negros, y lo mismo fueron las tres observaciones siguientes de ondas gravitacionales. Pero la última detección es distinta: se trata del choque de dos estrellas de neutrones.

Las estrellas de neutrones son el remanente que queda después de la muerte de estrellas masivas. En forma un poco tétrica podríamos decir que son el cadáver de estrellas de masas entre 10 y 30 veces la del Sol. Son altamente compactas: 100000000000000 veces más densas que el Sol (eso es un 1, ¡con 14 ceros después!). Si pudieras ir a una estrella de neutrones y sacarle un pedacito con una cucharita de té, esta cucharada pesaría ¡1000 toneladas!

Las estrellas que chocaron y produjeron este evento se encontraban en un sistema binario, es decir, eran dos estrellas de neutrones orbitando en torno a un punto común. En este tipo de sistema las estrellas van perdiendo energía, lo que las hace acercarse cada vez más. En este proceso de pérdida de energía emiten ondas gravitacionales, muy débiles de detectar hasta el momento final de su colisión. La colisión de dos estrellas de neutrones forma un agujero negro. Es el desborde total de energía que se obtiene al momento de la colisión lo que detectaron los telescopios en esta oportunidad.

GRB 151027B, el brote de rayos gamma número 1000 detectado por el telescopio Swift de la NASA en 2015. El mismo telescopio detectó el gamma ray burst del descubrimiento anunciado hoy.

Los brotes de rayos gamma son explosiones extremadamente energéticas, las fuentes de radiación electromagnética más brillantes del Universo. Como su nombre lo dice, son un brote: una emisión enorme de energía que dura sólo unos pocos milisegundos, seguidos por un declive lento que dura varios días conocido como transiente. Estos fenómenos habían sido observados varias veces por telescopios especialmente dedicados a encontrarlos. La teoría señalaba que su origen debía ser el choque de estrellas de neutrones, pero esto nunca había sido confirmado, ya que sólo se observaba el brote de energía pero no su fuente.

GW170817: el choque multimensajero

El 17 de agosto de 2017, los intrumentos LIGO en Estados Unidos y VIRGO en Italia detectaron ondas gravitacionales pasando a través de la Tierra. Un par de segundos después, un telescopio de la NASA y otro de la ESA detectaron un brote de rayos gamma proveniente de la misma parte del cielo que las ondas gravitacionales. Inmediatamente, una serie de telescopios de la ESO en Chile se prepararon para observar la zona del cielo donde se habían detectado estas señales: un área del cielo cercana a NGC4993, galaxia lenticular en la constelación de Hydra, a 130 millones de años luz de distancia de nosotros.

Fueron 70 telescopios en 7 países los que ayudaron a tener la imagen completa de este fenómeno: luego de que LIGO y VIRGO anunciaron sus observaciones, los telescopios espaciales FERMI de la NASA e INTEGRAL de la ESA encendieron las alarmas a nivel mundial con su detección del brote de rayos gamma. Si bien la detección de ondas gravitacionales solo apunta a un área muy grande en el cielo, estos telescopios ayudaron a refinar la ubicación del objeto. Apenas cayó la noche, los telescopios VISTA y VST de Cerro Paranal, REM en La Silla, LCO en Las Cumbres y DECam en Cerro Tololo comenzaron sus observaciones. El telescopio Swope en Las Campanas fue el primero en detectar un nuevo punto de luz en la ubicación indicada. A medida que pasaron las horas, se sumaron telescopios de otras partes del mundo como Pan-STARRS y Subaru en Hawaii. Entre otros telescopios que participaron en observaciones posteriores se encuentran ALMA, Hubble, y prácticamente todos los telescopios de renombre a nivel mundial.

La kilonova observada por distintos instrumentos de la ESO. Imagen: VLT/VIMOS. VLT/MUSE, MPG/ESO 2.2-metre telescope/GROND, VISTA/VIRCAM, VST/OmegaCAM

Se observó en luz visible, infrarojo, ultravioleta, rayos X, y radio: todos los tipos de radiación electromagnética que se pueden detectar con distintos telescopios. La emisión en luz visible fue detectada por distintos telescopios, una hora después de la detección del brote de rayos gamma. Las observaciones en ultravioleta revelaron un transiente que se dispersó después de 48 horas. Observaciones en luz visible e infraroja mostraron que la evolución del objeto continuó por alrededor de 10 días. Emisiones en radio y rayos X fueron detectadas 9 y 16 días después de la primera detección, respectivamente. Todas estas observaciones sugieren que el fenómeno observado fue la colisión de dos estrellas de neutrones ubicadas en la galaxia NGC4993, seguida de un brote de rayos gamma y una kilonova/macronova.

La kilonova, observada alrededor de 24 horas después del evento, es el punto marcado con dos barras en la imagen de la izquierda. En la imagen de la derecha, 15 días después del evento, ya no se ve la luz de este objeto. Imagen: M. Soares-Santos, D. E. Holz, J. Annis, et al.

Las kilonovas y macronovas son procesos relacionados con el decaimiento radioactivo que ocurre en estos tipos de fenómenos, similar a una supernova pero de muchísima menor magnitud. Las kilonovas y macronovas habían sido predichas hace 30 años, y esta es la primera observación confirmada de este fenómeno.

Y, como si fuera poco, las observaciones posteriores al evento confirmaron que del choque de las estrellas de neutrones surgieron moléculas de oro y platino. Se había especulado que estas moléculas se formaban en colisiones de estrellas de neutrones, pero hasta hoy no se había confirmado. Ahora lo sabes: si tienes alguna joya de oro, su material proviene del choque de dos estrellas de neutrones.

Estas observaciones han llevado a tantas confirmaciones y descubrimientos, que me parece más fácil listarlas para que no se escapen:

  • Quinta detección confirmada de ondas gravitacionales
  • Primera observación del choque de dos estrellas de neutrones
  • Primera observación de la fuente de un brote de rayos gamma
  • Confirmación de que los brotes de rayos gamma provienen del choque de estrellas de neutrones
  • Confirmación de que elementos pesados como el oro y el platino se originan en el choque de estrellas de neutrones
  • Primera observación directa de una kilonova
  • Primera observación directa del transiente del choque de estrellas de neutrones
  • Confirmación (una más) de que Albert Einstein estaba en lo correcto con su Teoría de la Relatividad General

Además de los logros científicos, esta campaña es una muestra de cómo la ciencia levanta fronteras: el anuncio de hoy no habría sido posible sin la colaboración de miles de científicos, ingenieros, y técnicos, en todo el mundo, que trabajaron en conjunto tanto en llevar a cabo las observaciones en esta oportunidad como en desarrollar toda la teoría y tecnología que nos ha traído a este punto. No solo es impresionante el descubrimiento como tal, sino todo el enorme trabajo y dedicación que hay detrás. Otra de las maravillas de la ciencia y de las razones por las que, a mí al menos, me fascina.

Fuentes y links de interés

EDIT 18 de octubre 2017: en el momento de publicación original de este artículo no se mencionaba la confirmación del origen de moléculas de oro y platino en este evento. Esta información fue agregada posteriormente.

2 thoughts on “La era de la astronomía multimensajero

  1. Impresionante.Que ágil rapido se puede poner de acuerdo a parte de la humanidad cuando ,de verdad ,vale la pena.
    Bien,Y a partir de ahora,que?
    Gracias y saludos

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