Ondas gravitacionales, estrellas de neutrones y kilonovas ¿Qué significan para la física?

Por Ben Guarino y Sarah Kaplan

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Hace unos días, unos científicos anunciaron la primera observación de un evento cósmico a través de ondas gravitacionales y telescopios convencionales. Fueron testigos de una explosión kilonova, violenta y brillante que ocurre cuando dos estrellas de neutrones colisionan.

El descubrimiento supuso una tarea masiva para la comunidad científica. Miles de investigadores de diversos campos de la física y la astronomía desempeñaron papeles cruciales. Hay mucha ciencia para entender. Aquí hay algunas respuestas a las noticias de hoy en día.

Pregunta: Recuérdame otra vez, ¿qué son las ondas gravitacionales?

Respuesta: Las ondas gravitacionales son ondas en el espacio-tiempo causadas por eventos cósmicos. Su existencia fue predicha por primera vez por Albert Einstein y señaló que son un subproducto de su teoría de la relatividad.

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Mira, Einstein había descubierto que la gravedad era una consecuencia de la forma en que la masa deforma el espacio-tiempo. Los objetos pesados se asientan en el universo como si fueron bolas de boliche a punto de saltar en un trampolín. Es por eso que las lunas orbitan alrededor de los planetas y los planetas alrededor del sol. No lo hacen porque estén unidos por una correa cósmica, sino porque el espacio-tiempo se encrespa alrededor del objeto más grande y están atrapados en el remolino.

Siguiendo con la metáfora del trampolín, las ondas gravitacionales son lo que podría suceder si se rompen dos bolas de boliche juntas y hacen que exploten. El cataclismo haría vibrar la tela del trampolín, enviando ondas hacia el borde. Cuando dos agujeros negros colisionan, o cuando las estrellas de neutrones se fusionan, las ondas gravitacionales del evento se expanden a través del universo.

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Pregunta: ¿Qué es una estrella de neutrones?

Respuesta: Las estrellas de neutrones se forman cuando una estrella de mediano tamaño y envejecimiento (de cuatro a ocho veces más grande que el Sol) se convierte en una supernova. Es decir, cuando las capas exteriores de la estrella se desprenden, los restos colapsan sobre sí mismos, formando un pequeño núcleo compacto tan denso que una pequeña porción de materia pesaría mil millones de toneladas.

Las estrellas de neutrones que colisionaron para crear la kilonova observada por los astrónomos eran los suficientemente pequeñas como para caber dentro del cinturón, pero cada una contenía tanta materia como el Sol.

"Es el elemento más unido que puede existir en nuestro universo", dijo Andy Howell, astrónomo del Observatorio Las Cumbres, con sede en California, y profesor de la Universidad de California en Santa Bárbara.

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La intensa gravedad de una estrella de neutrones aplasta sus átomos, compactando protones y electrones hasta que se combinan para formar neutrones, partículas subatómicas sin carga.

Pregunta: ¿Qué sucede durante un kilonova?

Respuesta: "Nova es una palabra antigua. Básicamente significa nueva estrella", comentó un astrónomo de la Universidad Estatal de Penn que dirige el equipo de instrumentación ultravioleta para el satélite Swift de la NASA. Hace mucho tiempo, los observadores de estrellas vieron nuevos puntos de luz en el cielo nocturno y supusieron que habían presenciado el nacimiento de estrellas infantiles.

Pero Nova es un nombre apropiado. Estas novas no eran objetos completamente nuevos, sino que eran soles existentes que se encendían y escupían luz brillante antes de extinguirse.

(NASA/JPL-Caltech/SSI/Handout via REUTERS)
(NASA/JPL-Caltech/SSI/Handout via REUTERS)

Los científicos primero acuñaron el término kilonova hace aproximadamente una década, cuando calcularon que debería haber eventos aproximadamente 1,000 veces más brillantes que la variedad nova cósmica. También, a veces, se les llama "macronova" (término que, según Howell, suena "estúpido"). "Estamos en una situación tan temprana que no tenemos la terminología resuelta", señaló Howell.

Este kilonova estuvo a la altura de su homónimo 1,000 veces más fuerte. "Eso fue muy satisfactorio", comenta el astrofísico teórico de la Universidad de Columbia, Brian Metzger, cuyo trabajo consiste en predecir las contrapartidas electromagnéticas de las ondas gravitacionales.

Las colisiones de estrellas de neutrones lanzan chorros de materia radioactiva al espacio. Metzger comentó que era casi como aplastar la palma de tu mano en un tubo lleno de pasta de dientes con agujeros en ambos extremos. "Gran cantidad de materia saldrá volando", explicó. Estos son materiales que el universo no genera de manera masiva. La fusión de estrellas de neutrones produjo el equivalente a 10,000 masas de tierra en oro y decenas de masas de tierra en urania.

(NASA)
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El cataclismo en la galaxia NGC 4993 sugiere que las fusiones de estrellas de neutrones son el proceso dominante mediante el cual el universo crea oro, platino y otros elementos. "Eso ha sido un misterio durante más de 60 años", reveló Metzger.

Estas estrellas eran soles gemelos en un sistema binario. Uno tras otro se convirtieron en cáscaras muertas. Se rodearon el uno al otro, sacudiéndose de las ondas gravitacionales que, a su vez los acercaron. Imagínate dos grandes canicas rodando hacia el fondo de un embudo, hasta que encuentran un golpe catastrófico.