Un patrón de oscilación identificado en las señales producidas por dos explosiones de rayos gamma, uno de los eventos más energéticos del Universo, parece indicar la existencia de estrellas de neutrones con una masa al menos un 20 % mayor que la registrada hasta la fecha. El tiempo de vida de estas megaestrellas de neutrones, nunca observadas hasta ahora, sería de centésimas a décimas de segundo. Su formación tendría lugar después de la colisión y la fusión de dos estrellas de neutrones de menor tamaño. Este es uno de los fenómenos asociados a la producción de explosiones de rayos gamma de corta duración, que generan señales de menos de 2 segundos de duración. Durante su efímera existencia, las estrellas de neutrones hipermasivas girarían alrededor de su eje a un ritmo equivalente a 78.000 rotaciones por minuto, el doble de lo que se haya observado en cualquier otro objeto celeste conocido.
“Analizamos más de 700 explosiones de rayos gamma de corta duración detectadas durante las últimas décadas y hallamos dos señales que, según indican las simulaciones, son compatibles con la existencia de estrellas de neutrones hipermasivas”, dice la astrofísica brasileña Cecília Chirenti, de la Universidad Federal del ABC (UFABC) y de la Universidad de Maryland (EE. UU.), autora principal de un artículo publicado en la versión online de enero de este año de la revista científica Nature. “Este tipo de estrella de neutrones sería una fase intermedia y dinámica del proceso de fusión de las estrellas menores, cuyo resultado final será un agujero negro”.
El origen de las estrellas de neutrones tradicionales (no hipermasivas) se conoce muy bien. Se forman a partir del núcleo remanente de estrellas mayores que llegaron al final de sus vidas, explotaron y expulsaron sus capas externas de materia. Esta explosión se denomina supernova. Una estrella de neutrones típica es una esfera de unos 20 kilómetros (km) de diámetro donde se acumula una masa igual o equivalente a una o dos veces la del Sol. A propósito: el diámetro del Sol es unas 70.000 veces mayor que el de una estrella de neutrones. Tan solo los agujeros negros son más compactos que una estrella de neutrones.
Las dos explosiones que, según el estudio, generaron estrellas de neutrones hipermasivas fueron registradas por el Observatorio de Rayos Gamma Compton, un telescopio espacial de la agencia espacial estadounidense (Nasa), que funcionó entre 1991 y 2000. La primera fue registrada el 11 de junio de 1991 y la otra el 1º de noviembre de 1993. El indicio característico de la formación de una gran estrella de neutrones de vida fugaz se clasifica como una oscilación cuasiperiódica (QPO), es decir que la estrella oscila algunas veces con mucha rapidez y luego deja de presentar esa variación. Según el artículo, en un punto del proceso de fusión de dos estrellas de neutrones menores, la señal producida en el rango de los rayos gamma se intensifica y, por un breve instante, ocurre una emisión simultánea en dos frecuencias.
Las simulaciones por computadora indican que la formación de las estrellas de neutrones hipermasivas emitiría ondas gravitacionales (ondulaciones en la curvatura del espacio-tiempo) que presentan ese mismo patrón de oscilación, QPO. “Pero la generación actual de observatorios terrestres de ondas gravitacionales [Ligo, Virgo y Kagra] no posee la sensibilidad suficiente como para captar estas variaciones”, explica Chirenti, quien desarrolla sus estudios en el Centro de Vuelos Espaciales Goddard (GSFC) de la Nasa. Por el momento, tal como se propone el artículo, la alternativa sería analizar las explosiones de rayos gamma para estudiar esta forma esquiva de estrellas de neutrones hipermasivas.
Para el físico Raul Abramo, del Instituto de Física de la Universidad de São Paulo (IF-USP), quien no participó del trabajo, los resultados del artículo abren una ventana fascinante a uno de los eventos más dramáticos y energéticos del Universo, la colisión de dos estrellas de neutrones. “El estudio indica que no solo podemos utilizar las ondas gravitacionales, sino también los rayos gamma para investigar el estado y la dinámica de los instantes finales de estos sistemas”, comenta Abramo, experto en cosmología. “Si se confirman, estas detecciones pueden haber mostrado las primeras evidencias de un tipo de objetos totalmente nuevos: las estrellas de neutrones hipermasivas. Sería el último estado de la materia antes de sucumbir ante la atracción gravitatoria y convertirse en un agujero negro”.
El físico italiano Riccardo Sturani, del Instituto de Física Teórica de la Universidade Estadual Paulista (IFT-Unesp), afirma que resulta difícil brindar mayores precisiones acerca del significado de los resultados presentados en el trabajo de Chirenti y sus colaboradores. “No está claro qué tiene de particular la señal de esas dos explosiones de rayos gamma en comparación con otras explosiones. Pero el estudio sin duda impulsa aún más la búsqueda de oscilaciones de tipo QPO en el área de las ondas gravitacionales”, dice Sturani, experto en este tipo de emisiones.
Artículo científico
CHIRENTI, C. et al. Kilohertz quasiperiodic oscillations in short gamma-ray bursts. Nature. Online. 9 ene. 2023.
