{"id":286204,"date":"2019-06-26T15:13:11","date_gmt":"2019-06-26T18:13:11","guid":{"rendered":"http:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/?p=286204"},"modified":"2019-06-28T17:52:13","modified_gmt":"2019-06-28T20:52:13","slug":"cataclismo-cosmico","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/cataclismo-cosmico\/","title":{"rendered":"Cataclismo c\u00f3smico"},"content":{"rendered":"
\"\"

NSF\/ LIGO\/ Sonoma State University\/ A. Simonnet<\/span><\/a> Representaci\u00f3n art\u00edstica de la colisi\u00f3n de un par de estrellas de neutrones, tal como la detectada el 17 de agosto de este a\u00f1oNSF\/ LIGO\/ Sonoma State University\/ A. Simonnet<\/span><\/p><\/div>\n

El 17 de agosto de 2017 fue un d\u00eda hist\u00f3rico para la astronom\u00eda. Eran las 05:41 h de aquel jueves en la costa oeste de Estados Unidos cuando las computadoras de un laboratorio en Hanford registraron el paso de otra onda gravitatoria por la Tierra. En esa peque\u00f1a localidad del estado de Washington, donde se produjo el material radiactivo de la bomba at\u00f3mica arrojada sobre Nagasaki, en Jap\u00f3n, funciona uno de los dispositivos m\u00e1s precisos hasta ahora construidos para medir variaciones de distancias: un interfer\u00f3metro l\u00e1ser concebido para la detecci\u00f3n de sutiles deformaciones del espacio-tiempo causadas por las ondas gravitacionales. Una fracci\u00f3n de segundo antes de que la instituci\u00f3n de Hanford captara esa onda gravitatoria, un aparato id\u00e9ntico instalado en Livingston, en el estado de Luisiana, hab\u00eda detectado la misma se\u00f1al. La perturbaci\u00f3n identificada por los laboratorios gemelos del Observatorio Interferom\u00e9trico de Ondas Gravitacionales (Ligo, por sus siglas en ingl\u00e9s) tambi\u00e9n hab\u00eda sido registrada casi simult\u00e1neamente por un equipamiento similar, el interfer\u00f3metro Virgo, en Pisa, Italia.<\/p>\n

Durante 1 minuto y 40 segundos, los tres detectores siguieron las instancias finales de aproximaci\u00f3n y muerte de dos estrellas casi apagadas. Dos estrellas de neutrones \u2013las menores y m\u00e1s densas que se conocen\u2013 atra\u00eddas por la gravedad, giraron una en torno de la otra mientras liberaban energ\u00eda hacia el espacio en forma de ondas gravitacionales. Ambos astros se fusionaron en un evento explosivo denominado kilonova, que se produjo a 130 millones de a\u00f1os luz de la Tierra, en la periferia de la galaxia NGC 4993, en la constelaci\u00f3n de Hidra. Las dos estrellas pose\u00edan una masa un poco mayor que la del Sol y, con 12 kil\u00f3metros de di\u00e1metro, eran invisibles para los telescopios del planeta. Al chocar, liberaron una nube de materia incandescente que, durante una fracci\u00f3n de segundo, brill\u00f3 m\u00e1s que las estrellas de la V\u00eda L\u00e1ctea. Luego de la detecci\u00f3n de las ondas gravitacionales y de la ubicaci\u00f3n de la regi\u00f3n del espacio en donde se originaron, los telescopios en la superficie y en \u00f3rbita terrestre registraron la luz evanescente de la kilonova para conocer el destino de la materia lanzada al espacio por la explosi\u00f3n.<\/p>\n

Lea:<\/strong>
\n\u2022 La fuente de oro y la regla del universo<\/a>
\n\u2022 En busca de la luz de las estrellas de neutrones<\/a>
\n\u2022 Marcelle Soares-Santos: Cazadora de colisiones<\/a><\/div>\n

\u201cEs la primera vez que observamos las ondas gravitacionales y electromagn\u00e9ticas provenientes de un mismo evento astrof\u00edsico catacl\u00edsmico\u201d, dijo el f\u00edsico David Reitze en el anuncio oficial del descubrimiento, que se llev\u00f3 a cabo el 16 de octubre en la sede de la National Science Foundation, en Estados Unidos. Reitze se desempe\u00f1a como director ejecutivo del Observatorio Interferom\u00e9trico de Ondas Gravitacionales (Ligo), un consorcio cient\u00edfico que involucra a m\u00e1s de 1.200 investigadores, algunos de Brasil, y que opera los dos detectores instalados en suelo estadounidense.<\/p>\n

La detecci\u00f3n de las ondas gravitacionales y electromagn\u00e9ticas emitidas por un mismo fen\u00f3meno inaugura, seg\u00fan Reitze, la era de la astronom\u00eda multimensajera. Los dos tipos de ondas aportan informaciones diferentes acerca de los cuerpos celestes. Mientras que las ondas gravitacionales surgen debido a oscilaciones de la materia que deforman el espacio-tiempo, las electromagn\u00e9ticas se producen por vibraciones de part\u00edculas con carga el\u00e9ctrica y se perciben como luz (visible e invisible). Ambas se propagan en el espacio vac\u00edo a 300 mil kil\u00f3metros por segundo y revelan caracter\u00edsticas complementarias del objeto que las gener\u00f3.<\/p>\n

Un estado desconocido<\/strong>
\nDesde hace d\u00e9cadas, los astr\u00f3nomos estudian la luz \u2013especialmente las ondas de radio y los rayos X\u2013 que emiten las capas m\u00e1s superficiales de las estrellas de neutrones. Esa luz permite tener una idea de c\u00f3mo es la capa exterior de esas estrellas, pero revela poco acerca de su interior. Tanto f\u00edsicos como astrof\u00edsicos imaginan que las capas profundas se hallan sometidas a densidades y presiones tan elevadas que, all\u00ed, la materia asumir\u00eda un estado desconocido. La soluci\u00f3n para ese misterio podr\u00eda hallarse en la investigaci\u00f3n de las ondas gravitacionales generadas por la colisi\u00f3n de dos estrellas de neutrones. Pero sucede que esas ondulaciones en el espacio-tiempo que \u00e9stas generan dependen, en cierta medida, del modo en que la materia en el interior de las estrellas se deforma y se desintegra durante la colisi\u00f3n.<\/p>\n

\"\"

1M2H\/ UC Santa Cruz and Carnegie Observatories <\/span><\/a> La flecha indica la regi\u00f3n de la galaxia NGC 4993 en que se produjo la colisi\u00f3n de las estrellas de neutrones, registrada el 17 de agosto (a la izq.)<\/em> y el 21 de agosto1M2H\/ UC Santa Cruz and Carnegie Observatories <\/span><\/p><\/div>\n

Observaciones del choque de ese tipo de estrellas se tornar\u00e1n rutinarias en los a\u00f1os venideros, con el perfeccionamiento de los detectores del Ligo y del Virgo, que actualmente se encuentran en otra etapa programada de mantenimiento y calibrado. El Ligo, por caso, complet\u00f3 su segundo per\u00edodo de registro de datos el 25 de agosto de este a\u00f1o y volver\u00e1 a operar en octubre de 2018, con una mejora en su sensibilidad. En simult\u00e1neo, los cient\u00edficos esperan reducir a la mitad el ruido que entorpece el funcionamiento de los detectores. \u201cDe esta manera, deber\u00edamos registrar entre cinco y diez veces m\u00e1s colisiones de agujeros negros y de estrellas de neutrones\u201d, comenta el f\u00edsico italiano Riccardo Sturani, del Instituto Internacional de F\u00edsica de la Universidad Federal de Rio Grande do Norte (IIP-UFRN), quien realiza c\u00e1lculos anal\u00edticos sobre las ondas gravitacionales que el Ligo puede registrar. En Brasil, adem\u00e1s de \u00e9l, Odylio Aguiar y C\u00e9sar Costa, ambos del Instituto Nacional de Investigaciones Espaciales (Inpe, en portugu\u00e9s) forman parte del equipo del Ligo que trabaja para mejorar la precisi\u00f3n de los detectores.<\/p>\n

La primera observaci\u00f3n directa de las ondas gravitacionales, en septiembre de 2015, confirm\u00f3 un fen\u00f3meno previsto por la teor\u00eda de la relatividad general, formulada en 1915 por el f\u00edsico Albert Einstein (1879-1955). A partir de esa teor\u00eda, Einstein modific\u00f3 la ley de la gravedad universal, propuesta por Isaac Newton en 1687. Para Newton, la gravedad era una fuerza de atracci\u00f3n originada por la masa de los cuerpos. Einstein reformul\u00f3 la comprensi\u00f3n de la fuerza gravitatoria, el espacio y el tiempo con la teor\u00eda de la relatividad general. Seg\u00fan esta teor\u00eda, tanto la masa como la energ\u00eda de un cuerpo producen fuerza gravitatoria, la cual se manifiesta como una curvatura del espacio y una desaceleraci\u00f3n del paso del tiempo en torno del cuerpo. Cuanto mayor son la masa y la energ\u00eda de un cuerpo, mayores son el empuje gravitatorio y la deformaci\u00f3n del espacio y el tiempo, que se perciben como una sola entidad, el espacio-tiempo. Una consecuencia de ello es que el desplazamiento de los cuerpos genera oscilaciones en el espacio-tiempo que se propagan como ondas gravitacionales.<\/p>\n

El espacio-tiempo sufre deformaciones dr\u00e1sticas cuando, por ejemplo, una estrella cuya masa es varias veces superior a la del Sol consume la totalidad de su combustible nuclear y su n\u00facleo, compuesto por \u00e1tomos de hierro, implosiona generando un agujero negro, un objeto en el cual la gravedad es tan elevada que ni siquiera la luz escapa, o bien, se transforma en una estrella de neutrones, las menores y m\u00e1s densas que se conocen. En ambos casos, la curvatura del espacio-tiempo es extrema, como as\u00ed tambi\u00e9n la presi\u00f3n y la densidad a la cual queda sometida la materia restante.<\/p>\n

Las estrellas de neutrones concentran una masa equivalente a la del Sol en esferas de alrededor de 20 km de di\u00e1metro<\/p><\/blockquote>\n

Una estrella de neutrones posee una masa algo superior a la del Sol, concentrada en una esfera de alrededor de 20 kil\u00f3metros de di\u00e1metro, siendo que el astro del sistema solar es de un tama\u00f1o 70 mil veces mayor. \u201cUn cuenco de feijoada<\/em> con una porci\u00f3n de materia de las estrellas de neutrones pesar\u00eda en la Tierra lo mismo que el peso sumado de los 7 mil millones de habitantes del planeta\u201d, compara Jorge Horvath, del Instituto de Astronom\u00eda, Geof\u00edsica y Ciencias Atmosf\u00e9ricas de la Universidad de S\u00e3o Paulo (IAG-USP), quien estudia esas estrellas ultracompactas.<\/p>\n

Seg\u00fan Horvath, las estrellas de neutrones poseen una corteza que mide algunos cientos de metros de espesor, compuesta por elementos qu\u00edmicos pesados, como es el caso del hierro. A una profundidad de 800 a 900 metros por debajo de la corteza, la materia alcanza una densidad tan alta que las part\u00edculas con carga negativa (electrones) existentes en la periferia de los \u00e1tomos son presionadas contra las de carga positiva (protones) del n\u00facleo at\u00f3mico. Como resultado de ello, las mismas se anulan y originan part\u00edculas neutras: los neutrones, que quedan apretados unos contra otros. En regiones a\u00fan m\u00e1s profundas, la densidad aumenta y los neutrones podr\u00edan desintegrarse en algo desconocido. \u201cEl n\u00facleo central de una estrella de neutrones es un misterio\u201d, dice Horvath.<\/p>\n

Varios modelos te\u00f3ricos intentan prever c\u00f3mo ser\u00eda el interior de esas estrellas. Los mismos difieren en cuanto a la forma en que la densidad de la materia var\u00eda bajo efecto de la presi\u00f3n. La relaci\u00f3n entre densidad y presi\u00f3n est\u00e1 definida por una f\u00f3rmula matem\u00e1tica denominada ecuaci\u00f3n de estado. \u201cLa obtenci\u00f3n de la ecuaci\u00f3n de estado de las estrellas de neutrones es un objetivo cient\u00edfico que seguramente alcanzaremos en las pr\u00f3ximas d\u00e9cadas, mediante mejoras en la observaci\u00f3n de las emisiones de rayos X y con la detecci\u00f3n de mayor cantidad de ondas gravitacionales\u201d, dice la f\u00edsica Raissa Mendes, profesora en la Universidad Federal Fluminense (UFF).<\/p>\n

Una ola de descubrimientos<\/strong>
\nEn 1916, Einstein anticip\u00f3 la existencia de las ondas gravitacionales, pero reci\u00e9n en la d\u00e9cada de 1950 los f\u00edsicos se convencieron de que, si la relatividad general fuera correcta, ciertos cuerpos en movimiento acelerado transmitir\u00edan parte de su energ\u00eda al espacio vac\u00edo, bajo la forma de ondas gravitacionales. Con todo, los c\u00e1lculos revelaban que esas ondas ser\u00edan d\u00e9biles. S\u00f3lo aquellos cuerpos con una masa densa y gran cantidad de energ\u00eda, acelerados a velocidades cercanas a la de la luz, emitir\u00edan ondas gravitacionales detectables por instrumentos terrestres.<\/p>\n

\"\"

Nasa<\/span><\/a> Representaci\u00f3n art\u00edstica de los chorros de materia que habr\u00edan originado los pulsos breves de rayos gamma (en viol\u00e1ceo<\/em>) registrados por el telescopio FermiNasa<\/span><\/p><\/div>\n

En la d\u00e9cada de 1970, un grupo peque\u00f1o de f\u00edsicos se entusiasm\u00f3 con el reto de detectar esas ondas. As\u00ed fue que Rainer Weiss, del Instituto de Tecnolog\u00eda de Massachusetts (MIT), en Estados Unidos, se convirti\u00f3 en uno de los primeros en dise\u00f1ar un esbozo de los detectores que dar\u00edan origen al Ligo. Los trabajos te\u00f3ricos de Kip Thorne, del Instituto de Tecnolog\u00eda de California (Caltech), y sus colaboradores, demostraron que un detector tal podr\u00eda registrar las ondas gravitacionales emitidas durante la colisi\u00f3n de agujeros negros y de estrellas de neutrones en galaxias remotas. Le cupo a Barry Barish, del Caltech, la organizaci\u00f3n del consorcio cient\u00edfico internacional para la instauraci\u00f3n del Ligo, una vez que se aprob\u00f3 la construcci\u00f3n de los detectores en la d\u00e9cada de 1990. El Premio Nobel de F\u00edsica de este a\u00f1o reconoci\u00f3 el papel que cumplieron los tres en la creaci\u00f3n del Ligo, que comenz\u00f3 a operar en 2002 y, desde septiembre de 2015, detect\u00f3 las ondas gravitacionales de cuatro colisiones de pares de agujeros negros, eventos que no emiten luz.<\/p>\n

El choque de estrellas de neutrones detectado en el mes de agosto es diferente. En los a\u00f1os 1990, los cient\u00edficos plantearon que ese evento podr\u00eda ser el origen de las misteriosas explosiones de rayos gamma (gamma ray bursts<\/em> o GRBs) de corta duraci\u00f3n que hab\u00edan sido detectadas por sat\u00e9lites desde la d\u00e9cada de 1960.<\/p>\n

Los pulsos de rayos gamma<\/strong>
\nDe acuerdo con la teor\u00eda de la relatividad general, la inmensa fuerza gravitatoria del objeto resultante de la fusi\u00f3n de las estrellas atraer\u00eda la materia de su entorno, generando un remolino. Esa materia, girando a velocidades cercanas a la de la luz, producir\u00eda en cada polo magn\u00e9tico del remolino que circunda a la estrella un chorro que lanzar\u00eda muy lejos part\u00edculas cargadas el\u00e9ctricamente. Ese chorro durar\u00eda fracciones de segundo y generar\u00eda los pulsos cortos de rayos gamma que se detectan en la Tierra.<\/p>\n

El 17 de agosto, menos de dos segundos despu\u00e9s de las observaciones del Ligo y del Virgo, el telescopio espacial Fermi, de la NASA, registr\u00f3 una r\u00e1faga de rayos gamma de corta duraci\u00f3n proveniente de la regi\u00f3n del espacio de donde vinieron las ondas gravitacionales<\/a>, lo que comprueba ese postulado.<\/p>\n

Las ondas gravitacionales ayudar\u00e1n a determinar el comportamiento de la materia en el interior de las estrellas de neutrones<\/p><\/blockquote>\n

Horas m\u00e1s tarde, telescopios en tierra y en el espacio rastrearon la regi\u00f3n e identificaron el surgimiento de una fuente de luz y de otras ondas electromagn\u00e9ticas en la periferia de la galaxia NGC 4993. Los cient\u00edficos sugieren que ese brillo habr\u00eda sido emitido por una porci\u00f3n de materia estelar que, en lugar de ser succionada, fue lanzada al espacio. Esa violenta explosi\u00f3n, denominada kilonova, gener\u00f3 elementos qu\u00edmicos m\u00e1s pesados que el hierro<\/a>. En los d\u00edas siguientes, los observatorios notaron c\u00f3mo el brillo de la kilonova disminu\u00eda y cambiaba de color, emitiendo luz visible, infrarroja y ultravioleta.<\/p>\n

\u201cLas emisiones de ondas de radio provenientes de la fusi\u00f3n de esas estrellas siguen registr\u00e1ndose\u201d, explica Jessica McIver, f\u00edsica del Caltech que coordina un equipo del Ligo. \u201cEl registro coincidente de las ondas gravitacionales con la emisi\u00f3n de rayos gama confirma la hip\u00f3tesis propuesta hace d\u00e9cadas que suger\u00eda que las GRB de corta duraci\u00f3n se producen durante la fusi\u00f3n de estrellas de neutrones. Las ondas gravitacionales, la GRB de corta duraci\u00f3n y la kilonova nos cuentan la historia completa de la materia eyectada durante la colisi\u00f3n y posterior fusi\u00f3n de las estrellas de neutrones\u201d.<\/p>\n

Los cient\u00edficos del Ligo tambi\u00e9n recurrieron a las ondas gravitacionales registradas en el mes de agosto para recabar informaci\u00f3n sobre la relaci\u00f3n entre densidad y presi\u00f3n en el interior de las estrellas de neutrones. Esa informaci\u00f3n podr\u00eda depurarse mediante observaciones futuras que podr\u00edan detectar la colisi\u00f3n de un agujero negro con una estrella de neutrones. \u201cEl agujero negro generar\u00e1 una deformaci\u00f3n mucho mayor, algo que aportar\u00e1 nuevas revelaciones acerca del interior de las estrellas de neutrones\u201d, anticipa McIver. Esos registros adicionales ayudar\u00e1n a entender cu\u00e1n uniforme es la composici\u00f3n de las estrellas de neutrones y a esbozar un c\u00e1lculo de la cantidad de elementos qu\u00edmicos pesados eyectada al espacio. \u201cDe esa manera\u201d, explica, \u201cpodr\u00eda determinarse qu\u00e9 tan cerca de una fusi\u00f3n de estrellas de neutrones habr\u00eda estado el sistema solar para explicar la cantidad de oro y otros elementos que contiene la Tierra\u201d.<\/p>\n

Art\u00edculos cient\u00edficos<\/strong>
\nABBOTT, B. P. \u00a0et al<\/em>.\u00a0Multi-messenger observations of a binary neutron star merger<\/a>.\u00a0The Astrophysical Journal Letters<\/strong>. v. 848, n. 2. 16 oct. 2017.
\nABBOTT, B. P.\u00a0et al<\/em>.\u00a0Observation of gravitational waves from a binary neutron star inspiral<\/a>.\u00a0Physical Review Letters<\/strong>. v. 119, 161101. 16 oct. 2017.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"Una colisi\u00f3n de estrellas de neutrones emite ondas gravitacionales y luz, y suscita un esfuerzo internacional tendiente a comprender este evento in\u00e9dito de la astronom\u00eda","protected":false},"author":16,"featured_media":0,"comment_status":"open","ping_status":"open","sticky":false,"template":"","format":"standard","meta":{"_acf_changed":false,"_exactmetrics_skip_tracking":false,"_exactmetrics_sitenote_active":false,"_exactmetrics_sitenote_note":"","_exactmetrics_sitenote_category":0,"footnotes":""},"categories":[179],"tags":[274,304],"coauthors":[105,103],"class_list":["post-286204","post","type-post","status-publish","format-standard","hentry","category-tapa","tag-astronomia-es","tag-fisica-es","position_at_home-sumario"],"acf":[],"_links":{"self":[{"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/286204","targetHints":{"allow":["GET"]}}],"collection":[{"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/posts"}],"about":[{"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/types\/post"}],"author":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/users\/16"}],"replies":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/comments?post=286204"}],"version-history":[{"count":7,"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/286204\/revisions"}],"predecessor-version":[{"id":293770,"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/286204\/revisions\/293770"}],"wp:attachment":[{"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/media?parent=286204"}],"wp:term":[{"taxonomy":"category","embeddable":true,"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/categories?post=286204"},{"taxonomy":"post_tag","embeddable":true,"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/tags?post=286204"},{"taxonomy":"author","embeddable":true,"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/coauthors?post=286204"}],"curies":[{"name":"wp","href":"https:\/\/api.w.org\/{rel}","templated":true}]}}