mayo 27, 2022

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Misteriosos rayos X podrían ser el 'resplandor posterior' de kilonova de las fusiones de estrellas de neutrones de 2017

Misteriosos rayos X podrían ser el ‘resplandor posterior’ de kilonova de las fusiones de estrellas de neutrones de 2017

Representación artística de la fusión de dos estrellas de neutrones para formar un agujero negro (oculto dentro de un bulto brillante en el centro de la imagen).  La fusión genera chorros opuestos de materia de alta energía (azul) que calientan el material alrededor de las estrellas, lo que hace que emitan rayos X (nubes rojizas).
Zoom / Representación artística de la fusión de dos estrellas de neutrones para formar un agujero negro (oculto dentro de un bulto brillante en el centro de la imagen). La fusión genera chorros opuestos de materia de alta energía (azul) que calientan el material alrededor de las estrellas, lo que hace que emitan rayos X (nubes rojizas).

NASA/CXC/M. Weiss

En 2017, los astrónomos descubrieron un fenómeno conocido comokilonova«: Una fusión de dos estrellas de neutrones acompañada de poderosos estallidos de rayos gamma. Tres años y medio después, los astrofísicos han descubierto una misteriosa radiografía que creen que podría ser la primera detección del ‘resplandor posterior a la kilonova'», según a un nuevo trabajo de investigación publicado Los astrofísicos podrían ser la primera observación de materia que cae en el agujero negro que se formó después de la fusión.

como informenos Previamente, Descubre LIGO a través de ondas gravitacionales interferometría láser. Este método utiliza láseres de alta potencia para medir pequeños cambios en la distancia entre dos objetos ubicados a kilómetros de distancia. (LIGO tiene detectores en Hanford, Washington, y en Livingston, Louisiana. Un tercer detector en Italia, conocido como Advanced VIRGO, se encargó en 2016). Tener tres detectores significa que los científicos pueden identificar de dónde provienen los chirridos del cielo nocturno.

Además de siete fusiones de agujeros negros binarios, descubra la segunda ejecución de LIGO, del 30 de noviembre de 2016 al 25 de agosto de 2017, Fusión binaria entre estrellas de neutrones con una vez estallido de rayos gamma y señales en el resto del espectro electromagnético. El evento ahora se conoce como GW170817. Estas señales incluían signos reveladores de elementos pesados, en particular oro, platino y uranio, creados por la colisión. La mayoría de los elementos más ligeros se forman en las sofocantes explosiones de estrellas masivas conocidas como supernovas, pero los astrónomos han asumido durante mucho tiempo que los elementos más pesados ​​pueden originarse en la kilonova producida cuando dos estrellas de neutrones chocan.

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El descubrimiento de Kilonova en 2017 proporcionó evidencia de que estos astrónomos tenían razón. El registro de este tipo de evento celestial no tuvo precedentes y marcó oficialmente el amanecer de una nueva era en el llamado «Multimensaje de astronomía. «

Desde entonces, los astrónomos han estado buscando una firma óptica coincidente cuando LIGO/VIRGO capta una señal de onda gravitacional de fusiones de estrellas de neutrones o fusiones de estrellas de neutrones con agujeros negros. La suposición era que las fusiones de agujeros negros y agujeros negros no producirían ninguna firma óptica, por lo que no tenía sentido buscar una, hasta 2020. Fue entonces cuando los astrónomos encontraron primera guía por tal fenómeno. Los astrónomos hicieron el descubrimiento al combinar datos de ondas gravitacionales con datos recopilados durante un estudio automatizado del cielo.

Pero Kilonova 2017 sigue siendo único, según Abrajita Hajela, autora principal del nuevo artículo y estudiante de posgrado en la Universidad Northwestern. hajela Llamadas Kilonova «El único evento de este tipo» y «un cofre del tesoro de varias observaciones iniciales en nuestro campo». Junto con otros astrónomos de Northwestern y la Universidad de California, Berkeley, ha estado monitoreando la evolución de GW170817 desde que LIGO/Virgo lo descubrió por primera vez utilizando una nave espacial basada en el espacio. Observatorio de rayos X Chandra.

Ilustración del Observatorio de rayos X Chandra en el espacio, el telescopio de rayos X más sensible jamás creado.
Zoom / Ilustración del Observatorio de rayos X Chandra en el espacio, el telescopio de rayos X más sensible jamás creado.

NASA/CXC/NGST (dominio público)

Chandra detectó por primera vez emisiones de radio y rayos X de GW170817 dos semanas después de la fusión, que duró 900 días. Pero esos rayos X iniciales, impulsados ​​por un chorro de fusión a la velocidad de la luz, comenzaron a desvanecerse a principios de 2018. Sin embargo, desde marzo de 2020 hasta finales de ese año, la fuerte caída en el brillo se detuvo y la emisión de rayos X se volvió constante Algo en términos de brillo.

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Para ayudar a resolver el misterio, Hajela y su equipo recopilaron datos de observación adicionales con Chandra y Very Large Array (VLA) en diciembre de 2020, 3,5 años después de la fusión. Fue Hajela quien se despertó a las 4 am con una notificación de emisiones de rayos X sorprendentemente fuertes y brillantes, cuatro veces más altas de lo que se esperaría en este momento si las emisiones fueran impulsadas solo por el avión. (El VLA no detectó ninguna emisión de radio). Estas nuevas emisiones permanecieron en un nivel constante durante 700 días.

Esto significa que una fuente de rayos X completamente diferente debe ser la fuente de energía para ellos. Una posible explicación es que los escombros en expansión de la fusión generaron una onda de choque, similar a un estampido sónico, así como chorros. En este caso, las estrellas de neutrones que se fusionan no pueden colapsar instantáneamente en un agujero negro. En cambio, las estrellas giran rápidamente durante un segundo. Este giro rápido habría contrarrestado el colapso gravitatorio lo suficientemente breve como para producir una cola rápida de los pesados ​​proyectiles de Kilonova, que fueron el ímpetu de la onda de choque. A medida que esos proyectiles pesados ​​se ralentizaban con el tiempo, los choques convertían su energía cinética en calor.

«Caerás en él. Listo».

«Si las estrellas de neutrones fusionadas colapsaran directamente en un agujero negro sin una fase intermedia, sería muy difícil explicar el exceso de rayos X que vemos ahora, porque no habría una superficie sólida para que las cosas reboten volando a gran altura». velocidades para crear estas auroras». La coautora Raffaella Margutti dijo: de la Universidad de California en Berkeley. «Te caerás. Listo. La verdadera razón por la que estoy científicamente entusiasmado es porque podríamos ver algo más desde el avión. Finalmente podríamos obtener información sobre el nuevo objeto compacto».

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Brian Metzger, de la Universidad de Columbia, propuso un escenario alternativo: la emisión de rayos X podría desencadenarse por la caída de material en la rendija formada durante la fusión. Esta también es una primicia científica, dijo Hagel, ya que este tipo de acumulación a largo plazo no se había observado antes.

Hay más observaciones planeadas a partir de ahora, y estos datos ayudarán a resolver el problema. Si los rayos X y las emisiones de radio se iluminan en los próximos meses o años, esto confirmará el escenario de la aurora kilonova. Si las emisiones de rayos X disminuyeron bruscamente o permanecieron constantes, sin las emisiones de radio que las acompañan, eso confirmaría el escenario del creciente agujero negro.

De todos modos, «esta será la primera vez que veamos una aurora kilonova o la primera vez que veamos materia cayendo en un agujero negro después de una fusión de estrellas de neutrones». El coautor Joe Bright dijo:Postdoctorado en la Universidad de California, Berkeley. «Ninguno de los resultados sería muy emocionante».

DOI: The Astrophysical Journal Letters, 2022. 10.48550 / arXiv.2104.02070 (Acerca de los DOI).