Los astrónomos detectaron estrellas de neutrones en colisión que podrían haber formado una magnetar

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Una explosión cósmica sorprendentemente brillante podría haber marcado el nacimiento de una magnetar. Si es así, sería la primera vez que los astrónomos han presenciado la formación de este tipo de cadáver estelar extremadamente magnetizado que gira rápidamente.

Ese deslumbrante destello de luz se hizo cuando dos estrellas de neutrones chocaron y se fusionaron en un objeto masivo, informan los astrónomos en una próxima edición de la Diario astrofísico. Aunque la luz especialmente brillante podría significar que se produjo una magnetar, son posibles otras explicaciones, dicen los investigadores.

El astrofísico Wen-fai Fong de la Universidad Northwestern en Evanston, Illinois, y sus colegas detectaron por primera vez el lugar del accidente de la estrella de neutrones como una explosión de luz de rayos gamma detectada con el Observatorio Swift Neil Gehrels en órbita de la NASA el 22 de mayo. Observaciones de seguimiento en Las longitudes de onda de luz de rayos X, visible e infrarroja mostraron que los rayos gamma estaban acompañados de un brillo característico llamado kilonova.

Se cree que las kilonovas se forman después de que dos estrellas de neutrones, los núcleos ultradensos de estrellas muertas, chocan y se fusionan. La fusión rocía material rico en neutrones «que no se ve en ningún otro lugar del universo» alrededor del lugar de la colisión, dice Fong. Ese material produce rápidamente elementos pesados ​​inestables, y esos elementos pronto se descomponen, calentando la nube de neutrones y haciéndola brillar con luz óptica e infrarroja (SN: 23/10/19).

Un nuevo estudio encuentra que dos estrellas de neutrones chocaron y se fusionaron, produciendo un destello de luz especialmente brillante y posiblemente creando una especie de cadáver estelar extremadamente magnetizado y que gira rápidamente llamado magnetar (que se muestra en esta animación).

Los astrónomos creen que las kilonovas se forman cada vez que un par de estrellas de neutrones se fusionan. Pero las fusiones también producen otra luz más brillante, que puede inundar la señal de kilonova. Como resultado, los astrónomos han visto solo una kilonova definitiva antes, en agosto de 2017, aunque hay otros candidatos potenciales (SN: 16/10/17).

Sin embargo, el brillo que vio el equipo de Fong avergonzó a la kilonova 2017. “Es potencialmente la kilonova más luminosa que jamás hayamos visto”, dice. «Básicamente rompe nuestra comprensión de las luminosidades y brillos que se supone que tienen las kilonovas».

La mayor diferencia de brillo fue en la luz infrarroja, medida por el Telescopio Espacial Hubble entre 3 y 16 días después del estallido de rayos gamma. Esa luz era 10 veces más brillante que la luz infrarroja vista en fusiones de estrellas de neutrones anteriores.

«Ese fue el verdadero momento revelador, y fue entonces cuando nos apresuramos a encontrar una explicación», dice Fong. «Tuvimos que encontrar una fuente adicional [of energy] eso estaba impulsando esa kilonova «.

Su explicación favorita es que el accidente produjo una magnetar, que es un tipo de estrella de neutrones. Normalmente, cuando las estrellas de neutrones se fusionan, la estrella de meganeutrones que producen es demasiado pesada para sobrevivir. Casi de inmediato, la estrella sucumbe a las intensas fuerzas gravitacionales y produce un agujero negro.

Pero si la estrella de neutrones supermasiva gira rápidamente y está muy cargada magnéticamente (en otras palabras, es una magnetar), podría evitar el colapso. Tanto el soporte de su propia rotación como el vertido de energía, y por lo tanto algo de masa, en la nube rica en neutrones circundante podrían evitar que la estrella se convierta en un agujero negro, sugieren los investigadores. Esa energía adicional, a su vez, haría que la nube emitiera más luz: el brillo infrarrojo adicional que detectó Hubble.

Pero hay otras posibles explicaciones para la luz extra brillante, dice Fong. Si las estrellas de neutrones en colisión produjeron un agujero negro, ese agujero negro podría haber lanzado un chorro de plasma cargado moviéndose casi a la velocidad de la luz (SN: 22/2/19). Los detalles de cómo el chorro interactúa con el material rico en neutrones que rodea el lugar de la colisión también podrían explicar el brillo extra de kilonova, dice.

Si se produjera una magnetar, «eso podría decirnos algo sobre la estabilidad de las estrellas de neutrones y cuán masivas pueden llegar a ser», dice Fong. “No conocemos la masa máxima de las estrellas de neutrones, pero sabemos que en la mayoría de los casos colapsarían en un agujero negro [after a merger]. Si una estrella de neutrones sobrevivió, nos dice en qué condiciones puede existir una estrella de neutrones ”.

Encontrar una magnetar bebé sería emocionante, dice el astrofísico Om Sharan Salafia del Instituto Nacional de Astrofísica de Italia en Merate, que no participó en la nueva investigación. “Nunca antes se había observado una estrella de neutrones recién nacida altamente magnetizada y altamente giratoria que se forma a partir de la fusión de dos estrellas de neutrones”, dice.

Pero está de acuerdo en que es demasiado pronto para descartar otras explicaciones. Además, las simulaciones por computadora recientes sugieren que podría ser difícil ver una magnetar recién nacida incluso si se formó, dice. «Yo no diría que esto está resuelto».

Observar cómo se comporta la luz del objeto durante los próximos cuatro meses a seis años, han calculado Fong y sus colegas, demostrará si nació o no una magnetar.

La propia Fong planea seguir haciendo un seguimiento del misterioso objeto con los observatorios existentes y futuros durante mucho tiempo. «Estaré rastreando esto hasta que esté vieja y gris, probablemente», dice. “Capacitaré a mis estudiantes para que lo hagan y a sus estudiantes”.