Somos polvo de estrellas de neutrones

La visión de ondas gravitacionales y luz en la fusión de dos de estos astros abre una nueva era

Somos polvo de estrellas de neutrones
LUIS ALFONSO GÁMEZ

Estamos hechos de polvo de estrellas, como contaba el astrofísico Carl Sagan en la serie de televisión ‘Cosmos’. Según un estudio publicado en enero, hasta el 97% de los elementos químicos de nuestro cuerpo se cocinaron en estrellas que al morir en explosiones los diseminaron por el espacio. Luego, esos elementos pasaron a formar planetas y, en el caso de la Tierra, seres vivos. Ahora, gracias a la observación de un fenómeno antes nunca visto, los científicos han descubierto que gran parte de los elementos de nuestro cuerpo más pesados que el hierro –como el plomo y el oro– se produjeron en colisiones de estrellas de neutrones. «Por lo menos, la mitad», apunta el malagueño Alberto Castro-Tirado, investigador del Instituto de Astrofísica de Andalucía (IAA-CSIC). Es uno de los hallazgos derivados de la observación por primera vez a través de las ondas gravitacionales y la luz de la fusión de dos estrellas de neutrones, un hito en el que han participado más de tres millares de científicos y que inaugura una nueva era en la observación del Universo.

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El logro –del que dan cuenta artículos en las revistas ‘Physical Review Letters’,‘Science’, ‘Nature’, ‘Nature Astronomy’ y ‘Astrophysical Journal Letters’– se hizo ayer público en ruedas de prensa simultáneas en Washington, Madrid, París y Garching (Alemania), entre otras ciudades. La aportación española ha incluido a investigadores del IAA-CSIC –como Castro-Tirado–, del Instituto de Astrofísica de Canarias (IAC) y del INTA en el espectro electromagnético y a científicos de las universidades de Valencia y de las Islas Baleares en lo que respecta a las ondas gravitacionales. El rumor de un ‘notición’ circulaba desde hace días entre los astrofísicos, pero tanto las revistas científicas como los investigadores implicados han puesto especial celo en guardar el secreto de lo que se considera un avance histórico: la visión simultánea en ondas gravitacionales y radiación electromagnética del choque de dos estrellas de neutrones en una galaxia cercana.

En tiempos de los dinosaurios

Albert Einstein predijo en 1915, en el marco de la teoría de la relatividad general, que un suceso cósmico muy violento generaría ondas gravitacionales –perturbaciones en el espacio-tiempo– que, como las del agua en un estanque en el que cae una piedra, se propagarían por el Universo. Su detección, el 14 de septiembre de 2015, mereció los últimos premios Nobel de Física y Princesa de Asturias de Investigación. Los dos observatorios estadounidenses LIGO y el italiano Virgo captaron aquel día las fluctuaciones provocadas en el espacio-tiempo por la fusión de dos agujeros negros, algo que sorprendió a los científicos. «Creíamos que las primeras que veríamos serían las de una colisión de estrellas de neutrones o algo así, pero fueron las del choque de dos agujeros negros supermasivos», contaba en mayo a este periódico el cosmólogo ruso Alexander Vilenkin.

Variaciones subatómicas en distancias planetarias

Einstein jamás creyó que el ser humano pudiera detectar las ondas gravitacionales, suele recordar Alicia Sintes. Sin embargo, la tecnología del sigloXXIha creado máquinas, como los laboratorios LIGO y Virgo, cuya precisión no deja de sorprendernos. Las ondas gravitacionales hacen que la distancia entre dos puntos varíe y eso es lo que buscan los cazadores de estas perturbaciones. ¿Cuánto varía la distancia a consecuencia de esas pequeñas ondas en el espacio-tiempo? «Un colapso de un sistema de dos estrellas cercano produce fluctuaciones como mucho de uno entre 10 a la 22 (un uno dividido entre un uno seguido de 22 ceros). Eso quiere decir que, si la distancia del Sol a Saturno es de 888 millones de kilómetros y me viene una onda de las gordas, la fluctuación será del tamaño del átomo de hidrógeno. Pero, si lo quiero medir en la Tierra, tengo que ser capaz de medir fluctuaciones por debajo de la milésima parte del protón», explica la física menorquina.

Desde hace dos años, LIGO y Virgo han detectado ondas gravitacionales en cinco ocasiones, cuatro vinculadas a la fusión de agujeros negros y esta última, la primera que se localiza en el cielo y posibilita su observación en ondas electromagnéticas. «Marca el inicio de una nueva era de descubrimientos que promete ofrecer respuestas a preguntas fundamentales en astrofísica relativista, física nuclear y la naturaleza de la gravitación. Es revolucionaria», según José Antonio Font, científico de la Universidad de Valencia que ha participado en la investigación. «Es un hallazgo espectacular.Vamos a tener unas gafas ampliadas para observar un mismo fenómeno», afirma Castro-Tirado. «Abre la ventana de una largamente esperada astronomía de multimensajeros», ha dicho David H. Reitze, de Caltech y director ejecutivo de LIGO.

«Una nueva ventana de observación al Universo suele traer sorpresas que no se pueden anticipar» Stephen Hawking Físico teórico

«En el futuro podríamos ver objetos totalmente nuevos, que ni imaginamos» Patrick Sutton Universidad de Cardiff

«Esta nueva astronomía no nos permitirá remontar hasta el Big Bang, pero podría llevarnos muy cerca» Jon Butterworth University College de Londres

Todo comenzó hace 130 millones de años, en tiempos de los dinosaurios. En una galaxia cercana, NGC 4993, se fusionaron dos estrellas de neutrones que posiblemente llevaban miles de millones de años orbitando alrededor de su centro común de masas. Las estrellas de neutrones son las más pequeñas y densas conocidas. Se forman cuando otras más masivas explotan en forma de supernova, dejando un pequeño y compacto cadáver. Una estrella de neutrones tiene unos 20 kilómetros de diámetro y es tan densa que una cucharadita de su materia puede pesar mil millones de toneladas. La fusión de las dos de NGC 4993 –de 1,1 y 1,6 masas solares– provocó ondas gravitacionales, un corto estallido de rayos gamma (GRB) y una kilonova, una explosión estelar mil veces más brillante que una nova, pero menos brillante que una supernova. «Salió eyectado hacia el espacio el equivalente a entre 0,2 y 0,5 masas solares de materia, y las dos estrellas se fusionaron en un objeto más masivo, que probablemente sea un magnetar –una estrella de neutrones más masiva– o un agujero negro», explica el investigador del IAA-CSIC.

Como el suceso ocurrió a 130 millones de años luz de nosotros, las ondas gravitacionales y la luz tardaron todo ese tiempo en llegar hasta la Tierra, donde fueron detectadas a las 14.41 horas del 17 de agosto por LIGO y Virgo. «La naturaleza ha vuelto a ser muy generosa con nosotros al situar este evento excepcional a una distancia notablemente cercana a la Tierra justo antes de que acabase este segundo periodo de observación de LIGO-Virgo y en el momento en que había tres detectores de la red en operación permitiendo localizar la fuente precisa», dijo ayer en Madrid la física Alicia Sintes, de la Universidad de las Islas Baleares, que persigue a las ondas gravitaciones desde hace más de 25 años. «Nos traen información de los eventos más exóticos y catastróficos que han ocurrido en el Universo».

Estallidos de rayos gamma

Dos segundos después de la detección de las ondulaciones del espacio-tiempo, el telescopio espacial ‘Fermi’ y el satélite ‘Integral’ registraban un corto estallido de rayos gamma procedente del mismo punto del cielo. Inmediatamente, la comunidad astrofísica empezó a apuntar sus telescopios hacia el foco de las ondas gravitacionales y el GRB, situado en la constelación de Hidra. Durante semanas, 70 instalaciones astronómicas terrestres y espaciales observaron la fusión de las dos estrellas de neutrones en otras formas de radiación electromagnética: radio, infrarrojo, luz visible, ultravioleta y rayos X.

«Desde España fue imposible verlo porque estaba muy bajo en el horizonte. Pero el telescopio robótico español BOOTES-5 Javier Gorosabel, que está en México, nos permitió estudiar el fenómeno durante quince días desde el ultravioleta hasta el infrarrojo cercano», explica Castro-Tirado, investigador principal del proyecto BOOTES. El observatorio español de Baja California lleva el nombre del astrofísico eibarrés Javier Gorosabel, que murió en 2015, a los 45 años, víctima de un tumor cerebral y tanto en el IAA-CSIC como en la Universidad del País Vasco se dedicó al estudio de los GRB.

Los estallidos de rayos gamma son las explosiones más violentas del Universo. Una cercana podría acabar con la vida en la Tierra. Por fortuna, aunque se originó cerca a escala cósmica, la provocada por la colisión de las dos estrellas de neutrones de NGC 4993 tuvo lugar a una distancia segura. «Para ser dañina, tendría que ocurrir a menos de 10.000 años luz. Sabemos que a esa distancia hay al menos cuatro parejas de estrellas de neutrones que acabarán así, pero será dentro de muchos millones de años», asegura el astrofísico del IAA-CSIC. Los GRB eran hasta ahora un enigma. La explosión detectada confirma que algunos están causados por choques de estrellas de neutrones, tal como se había teorizado, pero ha surgido un nuevo misterio. «La ráfaga fue sorprendentemente débil para lo cerca que ocurrió. Es posible que se deba a que no estaba dirigida hacia nosotros», especula Castro-Tirado.

Todos los elementos químicos se formaron en etapas muy próximas al Big Bang, que ocurrió hace unos 13.700 millones de años, o bien en el interior de estrellas o en sus explosiones. El origen de la mitad de los elementos más pesados que el hierro no estaba claro. Aunque en un principio se pensaba en que se formaban en las supernovas, últimamente los científicos se inclinaban por las fusiones de estrellas de neutrones. La colisión de las dos de NGC 4993 ha revelado que ese tipo de eventos son la principal fuente de elementos pesados. Somos polvo de estrellas de neutrones.

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