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Los Destellos de las Ondas de las Estrellas de Neutrones podrían indicar una Fusión Inminente

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Los investigadores han encontrado una nueva forma de detectar algunos de los eventos de fusión más catastróficos del universo antes de que ocurran: las fusiones de estrellas de neutrones.

Las estrellas de neutrones, los núcleos extremadamente densos de estrellas muertas masivas que giran en espiral una hacia la otra o hacia un agujero negro, pueden generar maremotos en océanos de partículas cargadas pesadas que rodean a las estrellas de neutrones. Los investigadores descubrieron que estos maremotos son causados ​​por destellos regulares de radiación electromagnética, que pueden servir como un sistema de alerta temprana para fusiones inminentes.

Estrella de neutrones

Las estrellas de neutrones son probablemente los objetos más extremos del universo. Sí, los agujeros negros pueden ser más exóticos, pero son relativamente simples: simplemente tienen mucha gravedad. Por el contrario, las estrellas de neutrones son, de hecho, núcleos atómicos gigantes, y esto se debe a la física interesante y compleja que los agujeros negros no tienen.

Una estrella de neutrones típica tiene solo unos pocos kilómetros de diámetro, pero puede pesar varias veces la masa del Sol. Consisten casi en su totalidad en neutrones (de ahí el nombre), pero contienen poblaciones de electrones libres, protones e iones de núcleos pesados. Nacen de supernovas, explosiones de estrellas masivas moribundas, y algunas de ellas pueden contener los campos magnéticos más fuertes del universo.

Los interiores de las estrellas de neutrones son los más misteriosos, porque la presión y la densidad son tan grandes que van más allá de nuestro conocimiento actual de la física. Algunos modelos sugieren que los núcleos son simplemente una corriente homogénea de neutrones, mientras que otros sugieren que los propios neutrones se descomponen en sus quarks. Detrás del núcleo interno hay una masa sólida y uniforme de neutrones que se transforma lentamente en patrones más complejos, como grumos y hebras, comúnmente conocida como pasta nuclear.

Se cree que la corteza exterior de una estrella de neutrones se compone de electrones y neutrones superfluidos, que dan paso a la red cristalina a medida que se acercan a la superficie. Finalmente, está el océano: una capa de electrones, neutrones e iones líquidos a una profundidad de 10 a 100 m.

Estrella de neutrones

La naturaleza extremadamente exótica de la materia en estas condiciones (normalmente no se encuentran neutrones superfluidos) permite que las estrellas de neutrones sean las principales candidatas para el estudio de la física extrema. Esta idea fue refinada después del descubrimiento de GW 170817, una señal de onda gravitacional detectada junto con la radiación electromagnética de dos estrellas de neutrones que se fusionan. El descubrimiento conjunto, llamado astronomía multisensor, permite a los físicos estudiar los núcleos de las estrellas de neutrones como nunca antes.

Pero desde que se detectaron las primeras ondas gravitacionales en 2017, no hemos visto ningún otro evento de fusión de estrellas de neutrones, lo cual es decepcionante porque las estrellas de neutrones son uno de los mejores laboratorios naturales para probar la física de alta energía.

Pero ahora, un nuevo método para observar el comportamiento exótico de las estrellas de neutrones puede significar que no tenemos que esperar mucho. Un nuevo trabajo, publicado en mayo en la base de datos de preimpresión arXiv , se centra en los océanos de estrellas de neutrones que, además de electrones y neutrones libres, también pueden contener carbono, oxígeno y hierro. Aunque los océanos son relativamente poco profundos en comparación con la profundidad total de una estrella de neutrones, son la capa exterior (excluyendo la «atmósfera» increíblemente delgada) y la parte de la estrella de neutrones que responde más fácilmente al universo exterior.

En particular, los investigadores han descubierto que estos océanos poco profundos pueden soportar mareas, al igual que los océanos de la Tierra. Pero elevar la marea en una estrella de neutrones requiere mucho más tirón gravitacional para superar toda esta gravedad extrema. Las mareas en las estrellas de neutrones aparecen solo cuando una estrella de neutrones está lo suficientemente cerca de un objeto masivo y denso, como otra estrella de neutrones o un agujero negro.

Estrella de neutrones

Afortunadamente, estos pares binarios son relativamente comunes, ya que las estrellas generalmente se forman en varios sistemas y luego pasan por su ciclo de vida, dejando eventualmente combinaciones de agujeros negros y estrellas de neutrones.

Cuando una estrella de neutrones comienza a fusionarse con otra estrella de neutrones o un agujero negro, los objetos convergen lentamente en una espiral durante varios años. A medida que giran, las ondas gravitacionales toman energía del sistema y las acercan. Al final, la fusión se completa en segundos.

Pero antes de que eso suceda, un satélite orbital podría causar una serie de mareas resonantes en una estrella de neutrones. Estas mareas pueden mantener una frecuencia de hasta 100 MHz y transportar hasta 10^29 julios de energía. Para darte una idea de cuán grande es este número, diré que cada año toda la humanidad usa solo 10^20 julios. La onda resonante de una sola estrella de neutrones tiene más energía que toda la radiación solar en 10.000 años.

A diferencia de las olas del océano, estas mareas consisten en un océano de plasma. Las cargas eléctricas extraordinarias hacen que las mareas puedan emitir intensos destellos de radiación electromagnética, que nos pueden parecer destellos de rayos X y radiación gamma.

Con base en sus cálculos, los investigadores estimaron que los observatorios espaciales como el telescopio espacial de rayos gamma Fermi y el Conjunto de telescopios espectroscópicos nucleares (NuSTAR) podrían detectar varias estrellas de neutrones cada año, y que estas señales aparecerían hasta unos años antes de la final. fusión.

Con esta advertencia, los astrónomos pueden preparar sus telescopios y observatorios para estar listos para capturar el momento de la fusión y profundizar en datos aún más valiosos sobre ondas electromagnéticas y gravitacionales.

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