La atracción fatal de dos estrellas resuelve un misterio cósmico

La muerte de las estrellas es un proceso lento ante nuestros humanos ojos. Pero puede ser tremendamente rápido y violento en términos cósmicos. Sobre todo en el caso de las más grandes. La ley de vida de los astros con una masa algo inferior a la de un Sol y medio suele depararles una muerte en forma de agujero negro o estrella de neutrones. Son sus particulares fósiles, tras agotar todo su combustible (pensemos que una estrella es como millones de bombas de hidrógeno). Y una de esas muertes acaba de resolver un misterio.

Dos de estas estrellas de neutrones se encontraron hace más de 130 millones de años en galaxia NGC 4993. Como son objetos con mucha masa, más que la de todo nuestro Sol compactada en el diámetro de una ciudad como Madrid, irremediablemente se atraen. Pero no de golpe y en línea recta. Inician una danza cada vez más frenética, rotando la una respecto a la otra. El baile termina en beso. Y el beso en fusión y estallido. Y el estallido, en ondas gravitacionales que nos llegaron en 2017 a la Tierra, con 130 años de retraso. Aquel affaire galático fue bautizado con el nombre de GW170817, que no es sino la fecha de aniversario de su infeliz encuentro. La metáfora romántica aplica hasta que entran en juego chorros de materia y rayos gamma que acaban de ser confirmados por un equipo con participación del IAA-CSIC.

"Orbitaban como si fueran la Luna y la Tierra, pero tan compactas y masivas que terminaron chocando", explica el astrónomo Benito Marcote a El Independiente por videoconferencia desde Holanda. "En ese choque se lanza un chorro de material", que han podido observar tras compilar los datos de una treintena de observatorios en el Insituto JIVE, donde trabaja este cántabro.

Es lo que conocemos como explosiones de supernova o kilonova -este fue el caso-. Las estrellas de neutrones, como su nombre indica, están hechas sobre todo de neutrones (partículas elementales sin carga que en la materia cotidiana están en el núcleo del átomo). Pero tras la explosión "se forman átomos, moléculas... a medida que se va enfriando y alejando y eso produce mucha luz, por la formación de los primeros elementos, hidrógeno, helio y hasta oro".

Ahí es donde residía parte del misterio. De cataclismos cósmicos como este, nos llegan los estremecimientos del universo en forma de ondas gravitacionales, deformaciones del tejido espacio-tiempo que desde hace poco somos capaces de captar tímidamente en la Tierra. En teoría, además de sentir esos choques, como quien siente un terremoto, deberíamos ver destellos, bien en el espectro visible, bien –sobre todo– como explosiones de rayos gamma, las más energéticas del universo.

Porque, lo paradójico, es que en ocasiones detectamos unas ráfagas con cierto patrón de estos rayos, pero hasta ahora éramos incapaces de determinar de dónde venían. Algo parecido a las señales de radio que dieron durante décadas quebraderos de cabeza a los astrónomos, hasta que llegó Jocelyn Bell.

El detalle de las primeras imágenes permitiría ver a alguien andando sobre la Luna. Pero no aparecieron los chorros esperados.

En agosto de 2017, una treintena de radiotelescopos pudieron confirmar (una vez dado el chivatazo por las ondas gravitacionales) que algo brillante se detectaba en la galaxia NGC 4993. Pero no conseguían detectar un chorro de materia y rayos gamma. Observaron que el brillo, en forma de ondas de radio, continuaba más de 100 días después del evento detectado en agosto. Y que forma de capullo de insecto. Había algo, pero mucho más débil de lo esperado", aclara Marcote. Misterio servido. Caso no cerrado. Porque desde hace décadas, la astronomía no consigue explicar por qué de vez en cuando se detectan unas ráfagas de rayos gamma, los destellos más energéticos del universo. Esta kilonova era la ocasión perfecta para demostrar que venían de eventos en estrellas de neutrones.

Los datos de todos estos telescopios se enviaron al instituto JIVE en los Paises Bajos, donde se combinaron para producir las imágenes finales, que alcanzaron un nivel de detalle tan grande como para distinguir a una persona caminando sobre la superficie de la Luna.
Ahora, las observaciones combinadas de radiotelescopios de Europa, África, Asia, Oceanía y América han dado por fin con la existencia de un chorro de materia, que había surgido como resultado de la fusión y se desplaza a una velocidad cercana a la de la luz.

Los resultados los publica esta semana en la revista Science un equipo internacional de astrónomos, liderado por el investigador Giancarlo Ghirlanda desde el Instituto Nacional de Astrofísica (INAF, Italia) y con una importante contribución española: Benito Marcote del instituto JIVE (Países Bajos), Iván Agudo y Miguel Pérez-Torres del Instituto de Astrofísica de Andalucía (IAA-CSIC) y Javier Moldón del Jodrell Bank Centre for Astrophysics (Reino Unido).

“La fusión de estas dos estrellas de neutrones ha permitido por vez primera asociar correctamente la detección de ondas gravitacionales con  los estallidos de rayos gamma, confirmando así diversas teorías científicas que han estado bajo discusión durante años”, añade desde el IAA-CSIC, quien participó en el estudio.

Ocurría que "no apuntaba hacia nosotros, por eso lo vimos muy débil", señala Marcote. "Primero vimos la kilonova y luego se produjeron dos chorros de materia que atravesaron la envoltura". Su colega Ghirlanda explica desde Italia que esperaban que "parte de este material.

El chorro mostraba tanta energía como la de todas las estrellas de nuestra galaxia en un año.

"Comparando las imágenes teóricas y las reales, encontramos que únicamente la posibilidad del chorro era compatible con el objeto observado”, explica Om Sharan Salafia, del INAF. El equipo también determinó que este chorro mostraba tanta energía como la producida por todas las estrellas de nuestra galaxia durante un año entero.

Recreación del chorro observado atravesando la membrana dejada tras la colisión de estrellas de neutrones Beabudai

¿Qué cadáver dejaron las estrellas danzantes?

La fatal atracción de las estrellas hubo de dejar algún resto fósil. ¿Un agujero negro? ¿Otra estrella de neutrones? "Hasta dentro de años no se podrá saber qué queda de la explosión. Cada modelo dice una cosa", teoriza Marcote. "Es la única colisión conocida de estrellas de neutrones".

“Los resultados obtenidos también sugieren que más del 10% de estas fusiones deberían producir chorros que atraviesen la envoltura inicial y por tanto podría ser observados”, apunta Benito Marcote (JIVE). Según los investigadores, este tipo de observaciones nos permitirá clarificar los procesos que tienen lugar en uno de los eventos más poderosos que ocurren en el universo.

Estas lagunas en el conocimiento del cosmos pueden empezar a cerrarse próximamente. Los observatorios de ondas gravitacionales "LIGO y VIRGO vuelven a funcionar tras dos meses. Veremos más eventos y podremos observar lo que es común, como si hay chorros o emisiones de rayos gamma", concluye el astrónomo español. Los terrícolas ojos del cosmos siguen pendientes de los fuegos artificiales del universo.