Captan por primera vez el resplandor de una Kilonova

 

Por primera vez, los astrónomos dirigidos por la Universidad Northwestern pueden haber detectado un resplandor residual de una kilonova.

Una kilonova ocurre cuando dos estrellas de neutrones, algunos de los objetos más densos del universo, se fusionan para crear una explosión 1000 veces más brillante que una nova clásica. En este caso, un chorro angosto fuera del eje de partículas de alta energía acompañó el evento de fusión, denominado GW170817. Tres años y medio después de la fusión, el chorro se desvaneció, revelando una nueva fuente de misteriosos rayos X.

Como principal explicación de la nueva fuente de rayos X, los astrofísicos creen que los escombros en expansión de la fusión generaron un impacto, similar al estampido sónico de un avión supersónico. Este choque luego calentó los materiales circundantes, lo que generó emisiones de rayos X, conocidas como resplandor residual de kilonova. Una explicación alternativa es que los materiales que caen hacia un agujero negro, formado como resultado de la fusión de estrellas de neutrones, causaron los rayos X.

Cualquier escenario sería el primero para el campo. El estudio fue publicado hoy (28 de Febrero), en The Astrophysical Journal Letters.

«Hemos entrado en un territorio desconocido aquí al estudiar las consecuencias de una fusión de estrellas de neutrones», dijo  Aprajita Hajela de Northwestern, quien dirigió el nuevo estudio. “Estamos viendo algo nuevo y extraordinario por primera vez. Esto nos da la oportunidad de estudiar y comprender nuevos procesos físicos, que no se habían observado antes”.

Hajela es estudiante de posgrado en el  Centro de Exploración e Investigación Interdisciplinaria en Astrofísica  (CIERA) de Northwestern y en el Departamento de Física y Astronomía de la Facultad de Artes y Ciencias de Weinberg.

El 17 de Agosto de 2017, GW170817 hizo historia como la primera fusión de estrellas de neutrones detectada tanto por ondas gravitacionales como por radiación electromagnética (o luz). Desde entonces, los astrónomos han estado utilizando telescopios en todo el mundo y en el espacio para estudiar el evento en todo el espectro electromagnético.

Utilizando el Observatorio de rayos X Chandra de la NASA, los astrónomos observaron las emisiones de rayos X de un chorro que se movía muy cerca de la velocidad de la luz producido por la fusión de estrellas de neutrones. A partir de principios de 2018, la emisión de rayos X del jet se desvaneció constantemente a medida que el jet continuaba disminuyendo su velocidad y expandiéndose. Luego, Hajela y su equipo notaron que desde Marzo de 2020 hasta finales de 2020, la disminución del brillo se detuvo y la emisión de rayos X fue aproximadamente constante en brillo.

Esta fue una pista significativa.

 

«El hecho de que los rayos X dejaran de desvanecerse rápidamente fue nuestra mejor evidencia hasta ahora de que se está detectando algo además de un chorro en los rayos X de esta fuente», dijo Raffaella Margutti, Astrofísica de la Universidad de California en Berkeley y autora principal del estudio. «Parece que se necesita una fuente completamente diferente de rayos X para explicar lo que estamos viendo».

Los investigadores creen que es probable que haya un resplandor de kilonova o un agujero negro detrás de los rayos X. Ninguno de los dos escenarios se ha observado antes.

«Esta sería la primera vez que vemos un resplandor posterior de kilonova o la primera vez que vemos material cayendo en un agujero negro después de una fusión de estrellas de neutrones», dijo el coautor del estudio Joe Bright, también de la Universidad de California en Berkeley. “Cualquier resultado sería extremadamente emocionante”.

Para distinguir entre las dos explicaciones, los astrónomos seguirán monitoreando GW170817 en rayos X y ondas de radio. Si se trata de un resplandor residual de kilonova, se espera que las emisiones de rayos X y de radio sean más brillantes en los próximos meses o años. Si la explicación involucra materia que cae sobre un agujero negro recién formado, entonces la salida de rayos X debería permanecer constante o disminuir rápidamente, y no se detectará ninguna emisión de radio con el tiempo.

«Un estudio adicional de GW170817 podría tener implicaciones de gran alcance», dijo la coautora del estudio Kate Alexander, becaria postdoctoral de CIERA en Northwestern. “La detección de un resplandor residual de kilonova implicaría que la fusión no produjo inmediatamente un agujero negro. Alternativamente, este objeto puede ofrecer a los astrónomos la oportunidad de estudiar cómo la materia cae en un agujero negro unos años después de su nacimiento”.

El estudio, «Evidencia de emisión de rayos X en exceso del decaimiento del resplandor del chorro 3,5 años después de la fusión de estrellas de neutrones binarios GW170817: un nuevo componente de emisión», fue apoyado por la NASA, la Fundación Nacional de Ciencias, el Departamento de Energía de EE. UU. y la Real Sociedad Astronómica.

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