Los astrónomos han sido testigos de la colisión titánica entre dos estrellas de neutrones que resultó en el nacimiento del agujero negro más pequeño jamás visto y forjó metales preciosos como oro, plata y uranio.
La instantánea del equipo de esta violenta y poderosa colisión, que ocurrió hace 130 millones años luz lejos de nosotros en la galaxia NGC 4993fue creado con una variedad de instrumentos, incluido el Telescopio espacial Hubble. Con suerte, pintará una imagen del “pasado, presente y futuro” de las fusiones de estas densas estrellas muertas. Esto podría revelar los orígenes de elementos más pesados que el hierro, que no pueden forjarse ni siquiera en las estrellas más masivas.
La colisión y fusión de las estrellas de neutrones da como resultado una poderosa explosión de luz llamada “kilonova.” A medida que los restos de este evento se expanden casi al velocidad de la luzla kilonova ilumina su entorno con una luz tan brillante como cientos de millones de soles.
Un equipo de investigadores dirigido por científicos del Centro Cosmic DAWN del Instituto Neils Bohr llegó a esta nueva imagen de las fusiones de estrellas de neutrones cuando se dispusieron a investigar la misterios de las kilonovas.
“Ahora podemos ver el momento en el que los núcleos atómicos y los electrones se unen en el resplandor”, dijo el miembro del equipo Rasmus Damgaard, investigador del Centro Cosmic DAWN. dijo en un comunicado. Por primera vez, vemos la creación de átomos, podemos medir la temperatura de la materia y podemos ver la microfísica en esta remota explosión”.
“Es como admirar tres radiaciones cósmicas de fondo que nos rodean por todos lados, pero aquí podemos verlo todo desde fuera. Vemos antes, durante y después del momento del nacimiento de los átomos”.
El oro de tus joyas provino de los eventos más violentos del universo.
Las estrellas de neutrones nacen cuando son estrellas al menos 8 veces más masivas que el sol agotar su combustible para fusión nuclear y ya no pueden sostenerse contra su propia gravedad.
Las capas exteriores de estas estrellas son destruidas en explosiones de supernovasdejando un remanente estelar con una masa equivalente a entre 1 y 2 soles aplastado en un diámetro de alrededor de 12 millas (20 kilómetros).
El colapso de las fuerzas centrales. electrones y protones juntos, creando un mar de partículas llamadas neutrones. Este material es tan denso que un simple terrón de azúcar de materia de estrella de neutrones pesaría mil millones de toneladas si se trajera a la Tierra. Eso es más o menos lo mismo que meter 150.000.000 de elefantes en el mismo espacio que ocupa un terrón de azúcar.
Probablemente no sorprenda que esta materia extrema y exótica desempeñe un papel clave en la creación elementos más pesados que el hierro.
Las estrellas de neutrones no siempre viven aisladas. Algunas de estas estrellas muertas ocupan sistemas binarios junto con un compañero viviendo estrella. En raras ocasiones, esta estrella compañera también es lo suficientemente masiva como para crear una estrella de neutrones, y no es “expulsada” por la explosión de supernova que crea la primera estrella de neutrones.
El resultado es un sistema con dos estrellas de neutrones orbitando entre sí. Estos objetos son tan densos que, cuando giran unos alrededor de otros, generan ondas en espacio-tiempo (la unificación cuatridimensional del espacio y el tiempo) llamada ondas gravitacionales que ondulan a través del espacio, llevándose el momento angular.
A medida que el sistema pierde momento angular, la órbita de las estrellas de neutrones se estrecha, lo que significa que las estrellas de neutrones se acercan unas a otras. Esto da como resultado ondas gravitacionales que se propagan cada vez más rápido, llevándose cada vez más momento angular.
Esta situación termina cuando las estrellas de neutrones están lo suficientemente cerca como para que su inmensa gravedad se haga cargo y arrastre a estas estrellas muertas extremadamente densas para colisionar y fusionarse.
Esta colisión arroja materia rica en neutrones con temperaturas de muchos miles de millones de grados, miles de veces más calientes que el sol. Estas temperaturas son tan altas que son similares a las del universo que se infla rápidamente apenas un segundo después. el Big Bang.
Las partículas expulsadas, como electrones y neutrones, bailan alrededor del cuerpo, nacidas de la colisión de estrellas de neutrones, que rápidamente colapsan para formar un agujero negro en una niebla de plasma que se enfría durante los próximos días.
Los átomos en esta nube de plasma que se enfría capturan rápidamente neutrones libres a través de lo que se llama proceso rápido de captura de neutrones (proceso r) y también atrapa electrones libres. Esto crea partículas muy pesadas pero inestables que se descomponen rápidamente. Esta desintegración libera la luz que los astrónomos ven como kilonovas, pero también crea elementos más ligeros que aún son más pesados que el hierro, como el oro, la plata y el uranio.
Este equipo vio el resplandor de las partículas que eran arrebatadas para forjar elementos pesados como el estroncio y el itrio, y razonó que, sin duda, se crearon otros elementos pesados después de esta colisión de estrellas de neutrones.
“La materia se expande tan rápidamente y gana tamaño tan rápidamente, hasta el punto de que la luz tarda horas en atravesar la explosión”, dijo el miembro del equipo Kasper Heintz, investigador del Instituto Niels Bohr. “Por eso, con sólo observar el extremo remoto de la bola de fuego, podemos ver más atrás en la historia de la explosión. Más cerca de nosotros, los electrones se han enganchado a los núcleos atómicos, pero en el otro lado, en el lado más alejado de el agujero negro recién nacidoel ‘presente’ sigue siendo sólo el futuro.”
Los resultados del equipo no habrían sido posibles sin la colaboración de telescopios de todo el mundo y más allá.
“Esta explosión astrofísica se desarrolla dramáticamente hora tras hora, por lo que ningún telescopio puede seguir su historia completa. El ángulo de visión de cada telescopio respecto al evento está bloqueado por la rotación de la Tierra”, dijo el líder del equipo e investigador del Instituto Neils Bohr, Albert Sneppen. en el comunicado. “Pero combinando las mediciones existentes de Australia, Sudáfrica y el Telescopio Espacial Hubble, podemos seguir su desarrollo con gran detalle”.
El artículo del equipo fue publicado el miércoles (30 de octubre) en la revista Astronomía y Astrofísica.