Primera detección de la contrapartida electromagnética de un evento de ondas gravitacionales

A estas alturas estoy seguro de que ya te has enterado de la gran noticia astronómica del año: la detección de la contrapartida electromagnética (luz) de un evento de ondas gravitatorias (*). Además resulta que su naturaleza es la colisión de dos estrellas de neutrones. Mucho se ha escrito ya en muchos medios: no sólo porque el “rumor” estaba ahí casi desde el principio (alguien se descuidó en Twitter) sino porque más de medio centenar de instituciones científicas alrededor del mundo, incluyendo LIGO, NASA, ESO, ESA y CSIC, emitían el lunes 16 de octubre ruedas de prensa o comunicados científicos sobre ello. No en vano, se estima que entre el 15 y el 20% de todos los astrofísicos que existen en el mundo han estado involucrados en el descubrimiento.

Yo estoy dentro del 80-85% de astrofísicos que no han tenido nada que ver. Pero dentro de mi nuevo papel como “Astrónomo Investigador y Jefe de Comunicación Científica” del Observatorio Astronómico Australiano (AAO) se me pidió preparar una nota de prensa sobre el tema, dado que algunos compañeros del AAO sí han participado, y lo que es más, se consiguieron observaciones con el Telescopio Anglo-Australiano (AAT), al que sigo dando soporte.

Tarde (pero mejor que nunca) y sin poder competir con mis compañeros de Naukas Daniel Marín y Francis Villatoro, quienes han escrito sendos artículos sobre el descubrimiento incluyendo comentarios a la nota de prensa del AAO (¡gracias!), y ante los que me quito el sombrero por ser capaces de mantener una productividad tan alta en sus respectivos blogs (insisto: no sé cómo lo consiguen), al menos me gustaría dejar por aquí la traducción al español de la nota de prensa que he preparado para el AAO.

Primera detección de la contrapartida electromagnética de un evento de ondas gravitacionales

Por primera vez, los astrónomos han observado el resplandor de un evento que también se detectó en las ondas gravitacionales. El objeto, llamado AT2017gfo, era un par de estrellas de neutrones girando en espiral en una galaxia a 130 millones de años luz de distancia. La fase final de esta “espiral de la muerte” se detectó en ondas gravitacionales, y la explosión resultante fue seguida por más de 50 observatorios en todo el mundo, incluida el AAO y otros observatorios en Australia.

El 17 de agosto, el Advanced Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory (LIGO), con sede en los Estados Unidos, detectó un nuevo evento de ondas gravitacional, llamado GW170817.

GW170817 es la quinta fuente de ondas gravitacionales registrada. La primera se descubrió en septiembre de 2015, y llevó a que tres miembros fundadores de la colaboración LIGO recibieran el Premio Nobel de Física 2017.

Los datos de GW170817 son consistentes con la fusión de dos estrellas de neutrones, siendo así diferentes a los cuatro eventos anteriores, que fueron el resultado de la fusión de dos agujeros negros.

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Ilustración artística de dos estrellas de neutrones fusionadas. Los haces estrechos representan la ráfaga de rayos gamma mientras que la rejilla de tiempo-espacio ondulante indica las ondas gravitacionales que caracterizan la fusión. Nubes giratorias de material expulsado de las estrellas que se fusionan son una posible fuente de la luz que se vio a bajas energías. Crédito: National Science Foundation / LIGO / Sonoma State University / A. Simonnet

El interferómetro Advanced-Virgo, con sede en Italia, estaba operativo en el momento del descubrimiento y contribuyó a la localización del nuevo evento de ondas gravitacionales.

Con la información proporcionada por LIGO y Virgo, numerosos telescopios se pusieron en acción de inmediato para determinar si se podía detectar una contraparte electromagnética de las ondas gravitacionales.

Mientras tanto, y de forma completamente independiente, el satélite Fermi de NASA informó de la detección de una pequeña ráfaga de rayos gamma, acaecida menos de 2 segundos después de que se detectara el evento asociado con GW170817, y que además era consistente con el área del cielo desde la cual LIGO y Virgo detectaron las ondas gravitacionales.

Esta detección de rayos gamma en el mismo momento y lugar disparó un interés aún mayor de la comunidad astronómica y dio como resultado observaciones de seguimiento más intensas en longitudes de onda ópticas, infrarroja y de radio.

Un equipo de científicos de la colaboración de Dark Energy Survey (DES), que incluye investigadores del Observatorio Astronómico Australiano y otras instituciones australianas, que trabajan con astrónomos del Centro Harvard-Smithsonian de Astrofísica (CfA) en Estados Unidos, fue del primer grupo de astrónomos que observaron la contrapartida electromagnética de GW170817 en longitudes de onda ópticas.

Usando la Cámara de Energía Oscura (DECam), de 570 megapíxeles, montada en el Telescopio Blanco de 4m en el Observatorio Interamericano Cerro Tololo (CTIO) en Chile, DES identificó la kilonova AT2017gfo en la galaxia cercana NGC 4993, ubicada a solo 130 millones de años luz de nosotros, la contrapartida óptica de GW170817.

DECam Composite Event with Arrow

Composición de imágenes con la detección de la kilonova usando la cámara DECam. La imagen de la izquierda incluye la toma en el filtro z (rojo) con el descubrimiento y fue tomada el 18 de agosto, mientras que las tomas en filtros g (azul) y r (verde) se consiguieron 1 día después. Derecha: la misma área dos semanas después. Crédito: Soares-Santos et al. y colaboración DES.

“Debido a su gran campo de visión, la Cámara de Energía Oscura pudo buscar casi toda la región en la que LIGO / Virgo esperaban hallar la fuente de onda gravitatoria, y su exquisita sensibilidad nos permitió realizar medidas detalladas de la kilonova, el estallido energético creado por dos estrellas de neutrones al fusionarse”, declaró el Dr. Kyler Kuehn, miembro del grupo de científicos de instrumentación de AAO y miembro de la Colaboración de DES.

Una kilonova es, en cierta forma, una explosión similar una supernova en algunos aspectos, pero a la vez es muy diferente en otros. Ocurre cuando dos estrellas de neutrones chocan entre sí. Se cree que estos eventos son el mecanismo por el cual se forman muchos de los elementos más pesados ​​que el hierro, como el oro.

“Pero por impresionante que sea, la Dark Energy Camera es solo uno de muchos instrumentos con un asiento de primera fila para este espectáculo celestial. Se ha dedicado mucho esfuerzo a preparar docenas de telescopios en todo el mundo para buscar la contrapartida electromagnéticas a las ondas gravitacionales “, agregó el Dr. Kuehn.

Simultáneamente al estudio DES, un numeroso grupo de astrónomos australianos obtuvieron observaciones de seguimiento de la kilonova AT2017gfo a longitudes de onda óptica, infrarroja y de radio, utilizando 14 telescopios australianos como parte del Centro de Excelencia ARC para el Descubrimiento de Ondas Gravitacionales (OzGrav) y otros programas australianos.

Sus datos son consistentes con el la explosión y posterior fusión de dos estrellas de neutrones, de acuerdo con los resultados obtenidos para GW170817 por la colaboración LIGO / Virgo.

“Antes de este evento, era como si estuviéramos sentados en un teatro IMAX con los ojos vendados. Los detectores de ondas gravitacionales nos permiten “escuchar” las películas de las colisiones del agujero negro, pero no pudimos ver nada. Este evento levantó las vendas y, ¡vaya, qué espectáculo tan increíble! “, dijo el profesor adjunto Jeff Cooke, astrónomo de la Universidad de Swinburne, que dirigió muchas de las observaciones.

El equipo australiano también realizó observaciones en el Telescopio Anglo-Australiano de 3.9m (AAT), que es operado por el Observatorio Astronómico Australiano (AAO). También se utilizaron datos de archivo adicionales de la encuesta de 6dF obtenida en el telescopio UK Schmidt de 1,2 m del AAO.

“Las observaciones realizadas en el AAT ponen restricciones importantes sobre la naturaleza del entorno en el que ocurrió la kilonova”, dijo el astrónomo del AAO, el Dr. Chris Lidman.

Las observaciones de seguimiento de la kilonova no estaban programadas, pero la emoción que este evento generó en la comunidad astronómica fue tan grande que los programas regulares fueron puestos en espera.

“Muchos astrónomos abandonaron cualquier otra observación planificada y usaron todos los recursos disponibles para estudiar este raro evento”, dijo el estudiante de doctorado Igor Andreoni (Universidad Swinburne y Observatorio Astronómico Australiano), primer autor del artículo científico que será publicado en la revista científica “Publicaciones de la Sociedad Astronómica de Australia “(PASA).

El estudio también revela que la galaxia anfitriona no ha experimentado una formación estelar significativa durante los últimos mil millones de años. Sin embargo, hay algunas pruebas que indican que NGC 4993 experimentó una colisión con una galaxia más pequeña no hace mucho tiempo.

La posición del kilonova AT2017gfo, que se encuentra en las partes externas de NGC 4993, puede sugerir que la estrella de neutrones binaria podría haber sido parte de la galaxia más pequeña.

Los astrónomos australianos se han mostrado encantados de contribuir tanto a la detección como a las observaciones en curso de la kilonova AT2017gfo, la contrapartida electromagnética del evento de ondas gravitacionales GW170817.

“Hemos estado esperando y preparándonos para un evento como este, pero no pensábamos que iba a suceder tan pronto ni en una galaxia tan cercana a nosotros. Una vez que nos avisaron de la detección de ondas gravitatorias, contactamos inmediatamente con una docena de telescopios y nos unimos al esfuerzo mundial para estudiar este histórico evento. ¡No nos defraudó! “, Dijo el profesor Jeff Cooke.

“Era fundamental tener telescopios colocados en todos los continentes, incluyendo Australia, para poder monitorizar este raro evento de forma continua”, dijo el estudiante de doctorado Igor Andreoni.

“Para mí, esta detección combinada de ondas electromagnéticas y gravitacionales es aún más importante que la detección inicial de ondas gravitatorias que resultó en el Premio Nobel. Esto ha cambiado la forma en que opera toda la comunidad astronómica “, declaró el Dr. Kyler Kuehn, científico instrumental del AAO.

La primera identificación de la contrapartida electromagnética de un evento de ondas gravitacionales es un hito en la historia de la Astronomía moderna y abre la nueva era de Astronomía Multimensajero.

Más información:

Nota de prensa del Observatorio Astronómico Australiano (en inglés).

Nota de prensa de LIGO (en inglés).

Nota de prensa de ESO

Blog de Daniel Marín

Blog de Francis Villatoro

Nota de prensa de NASA (en inglés)

Vídeos y animaciones:

(*) Yo siempre he preferido el término “gravitatorio” y no “gravitacional” para llamar a las “ondas gravitatorias”. Lo he comentado por Twitter varias veces y también en un episodio del podcast científico Coffee Break: SyR, donde incluso narré mi “trauma” tras que me restaran 1 punto en unas prácticas de física en la Universidad por usar el término “gravitacional” (anglicismo) en lugar de “gravitatorio”. Pero la corriente gana, y hay mucha gente buena por ahí fuera que insiste en llamarlas “ondas gravitacionales” (de “gravitational waves”) para distinguirlas de las “ondas de gravedad” (“gravity waves”) que se crean en algunos fluidos, algo completamente distinto. Yo nunca he visto problema en ello: una serían “ondas gravitatorias” (como recomienda la Sociedad Española de Astronomía y la RAE) y las otras “ondas de gravedad”. Curiosamente, todo esto levanta pasiones que me recuerdan a veces a luchas religiosas (entre religiones o entre distintos “santos” o “vírgenes” de una misma religión) o políticas (y no quiero ni decir ni mú sobre la delicada y complicadísima situación del “independentismo” o del “nacionalismo”). Así que, queda dicho, defino para quede bien claro: para mí las distorsiones del espacio tiempo son las “ondas gravitatorias” o las “ondas gravitacionales” (términos que uso como sinónimos), y las de los líquidos son las “ondas de gravedad”.


8 Comentarios

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U-95U-95

Lo que daría por que se pudiera pillar un evento de ese tipo mucho más cerca, digamos 10 megaparsecs o menos o mejor aún en el Grupo Local donde parece que nunca pasa algo -no supernovas visibles desde 1885, por ejemplo-.

El Lobo Rayado

En el Grupo Local tuvimos la explosión de supernova más importante de la historia: la de 1987A en la Gran Nube de Magallanes. Os lo conté con detalle (y luego nunca lo subí aquí) en Naukas: http://naukas.com/2017/02/24/30-anos...a-sn-1987a/.

En cualquier caso, estoy de acuerdo: si ahora ocurriera una de estas explosiones cerca tendríamos muchos más medios para estudiarla con detalle. ¡Poco a poco!

U-95U-95

Ouch, es verdad. Siempre pienso desde la perspectiva de astrónomo aficionado del Hemisferio Norte, donde el Grupo Local se acaba en Andrómeda, Triángulo, las compañeras de la primera (M32, M110…), y no mucho más-

Antonio (AKA "Un físico")Antonio (AKA "Un físico")

Como comenté en el blog de Daniel, se abre una nueva era de colaboración entre astrofísicos de ondas gravitacionales y los de ondas electromagnéticas. Éste es un momento clave en la historia de la astronomía.
Ángel, ya que mencionas el Dark Energy Survey y las kilonovas, me surge la duda de si existen kilonovas con cierto tipo específico de objetos compactos constituyentes que permitan estudiar mejor la expansión del universo en galaxias a grandes redshifts (p.ej., z>2).

El Lobo Rayado

Gracias, Antonio. El problema de las kilonovas (y por eso el prefijo “kilo” y no “súper”) es que no son tan brillantes como las supernovas o las “hipernovas”, que son las que sí se pueden detectar a distancias cosmológicas. Además, las kilonovas caen en brillo muy rápido (fíjate, en poco más de una semana, ya casi no se veía esta kilonova) mientras que las otras pueden aguantar meses (más fácil tanto su detección y su estudio). Pero no descarto que pronto se pueda detectar alguna kilonova mucho más lejana.

Antonio (AKA "Un físico")Antonio (AKA "Un físico")

Entendido. La duda iba por si en algún tipo de estas colisiones (que produzcan ondas gravitacionales y electromagnéticas) se podía encontrar standard candles que sirvieran para acotar mejor las propiedades de la energía oscura. Tal vez las kilonovas producidas tras la colisión de dos estrellas de neutrones no sirvan para ello: aunque sí se pueda saber con certeza que eran dos estrellas de neutrones por la “frecuencia escuchada” tras el choque; quizas surjan errores demasiado grandes a la hora de determinar sus masas, velocidades de rotación y distancia a la Tierra (errores que se agrandarían mucho más con z mucho más altas que en este caso). Pero ¿quién sabe?, los astrofísicos son muy listos y a alguien se le ocurrirá alguna nueva idea en este campo de la multimessenger astrophysics.

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