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Una lejana colisión estelar refleja el brillo de los metales preciosos

La mayor parte del oro y el platino en la Tierra se formó como resultado de antiguas kilonovas


Un equipo internacional de astrónomos ha hallado evidencias de una kilonova en los datos de un estallido de rayos gamma detectado en agosto de 2016. Se trata de un fenómeno similar a las supernovas que produce grandes cantidades de elementos pesados, como oro y platino.





El evento de 2016 observado con el Telescopio Espacial Hubble. Crédito: STScI
El evento de 2016 observado con el Telescopio Espacial Hubble. Crédito: STScI
El 17 de agosto de 2017 se anunciaba la primera observación de un evento cósmico en luz y en ondas gravitatorias: la fusión de dos estrellas de neutrones inauguraba una nueva era en la observación del universo y, además, proporcionaba la primera evidencia de que los elementos pesados, como el oro, el platino o el uranio, se producen en estos fenómenos.

Ahora, un equipo internacional de astrónomos difunde el hallazgo de un evento similar en 2016 que había pasado desapercibido.

Las estrellas de neutrones son objetos muy compactos y de rápida rotación que surgen cuando una estrella muy masiva expulsa su envoltura en una explosión de supernova.

Las predicciones indicaban que una fusión de estrellas de neutrones produciría un estallido corto de rayos gamma (GRB), ondas gravitatorias y una kilonova, un fenómeno similar a las supernovas pero cuya energía procede en parte del decaimiento de especies radiactivas y que produce grandes cantidades de elementos pesados: se cree que la mayor parte del oro y el platino en la Tierra se formaron como resultado de antiguas kilonovas.

A partir de los datos del evento de 2017, detectado por primera vez por el instrumento LIGO, los astrónomos comenzaron a ajustar sus suposiciones sobre cómo debería aparecer una kilonova ante un observador terrestre.

Un equipo dirigido por Eleonora Troja, de la Universidad de Maryland, reexaminó los datos de un estallido de rayos gamma detectado en agosto de 2016 y halló evidencias de una kilonova que pasó desapercibida durante las observaciones iniciales.

Mina de oro cósmica

“El evento de 2016 fue muy emocionante al principio. Estaba cerca y era visible con los telescopios principales, incluido el telescopio espacial Hubble. Pero no coincidió con nuestras predicciones: esperábamos que la emisión infrarroja, cuya fuente es la producción de metales pesados, aumentara en brillo durante varias semanas, pero apenas diez días después del evento la señal se había extinguido”, señala Troja en un comunicado de la Universidad de Maryland.

Sin embargo, los datos del evento LIGO de 2017 abrieron nuevas perspectivas. “Observamos nuestros datos antiguos con nuevos ojos y nos dimos cuenta de que habíamos capturado una kilonova en 2016. Era una combinación casi perfecta: los datos infrarrojos para ambos eventos tienen luminosidades similares y exactamente la misma escala de tiempo", añade Troja. 

Para Josefa Becerra, investigadora del Instituto de Astrofísica de Canarias (IAC) que ha participado en el estudio, “encontrar una kilonova es equivalente a descubrir una ‘mina de oro’ y otros elementos pesados en el Universo; su estudio es crucial para entender cómo se generan estos elementos”. 

La astrofísica destaca que “hasta ahora sólo dos de estas kilonovas asociadas a estallidos de rayos gamma cortos han sido detectadas en infrarrojo, por lo que estamos empezando a poder estudiar este tipo de objetos: es fundamental conocer qué tipo de kilonovas hay y cuál es su comportamiento”.

Una colaboración de telescopios

En este trabajo, han tenido una gran importancia las observaciones complementarias realizadas tanto desde el espacio como desde tierra.

Entre los telescopios terrestres han participado el Gran Telescopio Canarias (GTC) y el Telescopio William Herschel (WHT) en el Observatorio del Roque de los Muchachos en La Palma.

"La intensa señal infrarroja de este evento observada con el Telescopio Espacial Hubble frente a la emisión visible detectada con el GTC, lo convierte posiblemente en la kilonova más clara que hemos observado en el universo distante, concretamente en una galaxia espiral a 2.500 millones de años luz”, explica Alberto J. Castro Tirado, investigador del Instituto de Astrofísica de Andalucía (IAA-CSIC) que coordinó las observaciones realizadas durante varias semanas con el GTC. 

El origen de los elementos pesados

Prácticamente todos los elementos químicos que conocemos tienen un origen astronómico, y se produjeron bien en etapas muy próximas al Big Bang, en las que se formaron el hidrógeno y el helio, o bien en las estrellas, tanto a través de la fusión de elementos en el núcleo (que producen carbono, nitrógeno o hierro) como a través eventos explosivos (en los que se generan el plomo o el cobre).

Sin embargo, existían discrepancias sobre lo que se conoce como proceso-r (o proceso rápido), que tiene lugar en eventos estelares explosivos y es responsable de la producción de la mitad de los elementos más pesados que el hierro, entre ellos el uranio y el oro.

Aunque en un principio se pensaba que eran las supernovas la fuente de estos elementos, los últimos estudios favorecen las fusiones de estrellas de neutrones como principales productoras de los elementos más pesados.

Este trabajo abre la puerta para reevaluar eventos pasados, así como para mejorar el enfoque de las futuras observaciones.

"La intensa señal infrarroja de este evento observada con el Hubble frente a la emisión óptica detectada con el Gran Telescopio Canarias, lo convierte posiblemente en la kilonova más clara que hemos observado en el universo distante, concretamente en una galaxia espiral a 2.500 millones de años luz. A medida que observemos más eventos de este tipo podremos estudiar cómo cambian los restos finales o las propiedades de la kilonova dependiendo de sus progenitores, y aprender que hay tipos diferentes de kilonovas, como es el caso de los distintos tipos de supernovas”, concluye Castro-Tirado (IAA-CSIC).

Referencia

The afterglow and kilonova of the short GRB 160821B. E. Troja et al. Monthly Notices of the Royal Astronomical Society (August 2019).DOI: https://doi.org/10.1093/mnras/stz2255


Miércoles, 28 de Agosto 2019
IAA/IAC/T21
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