La colosal explosión resultante de una fusión entre dos estrellas de neutrones tiene una forma inesperadamente perfecta. Se ha formado una enorme esfera perfecta que ha conmocionado a los físicos.

Según un nuevo análisis de las secuelas de una histórica colisión de estrellas de neutrones observada en 2017, la explosión de kilonova producida por las dos estrellas fue una esfera completamente simétrica, casi perfecta. Y los astrónomos no saben por qué. Contradice todas las suposiciones y modelos anteriores sobre las kilonovas.

Darach Watson, astrofísico del Niels Bohr Institute de Dinamarca, dijo en un comunicado:

“Nadie esperaba que la explosión tuviera este aspecto. No tiene sentido que sea esférica, como una pelota.

Pero nuestros cálculos muestran claramente que es así. Esto probablemente significa que las teorías y simulaciones de kilonovas que hemos estado considerando durante los últimos 25 años carecen de una física importante.”

Explosiones de estrellas de neutrones son muy raras

Rara vez vemos colisiones de estrellas de neutrones. Aquella explosión de 2017, bautizada como GW170817, no solo fue la primera de la que se tiene constancia, sino que ha permanecido imbatida en cuanto a detalles. De ella aprendimos varias cosas sobre el Universo. Por ejemplo, estas colisiones son fuente de estallidos de radiación gamma, la luz más energética del Universo. Las explosiones de kilonovas resultantes son también fábricas de producción de elementos pesados como el oro y el platino.

Pero hay muchas cosas sobre ellas que aún desconocemos. Por suerte, se han recogido tantos datos de GW170817 que los científicos todavía están analizándolos, y lo seguirán haciendo durante algún tiempo. Esto llevó al astrofísico Albert Sneppen, del Niels Bohr Institute, y a sus colegas a emprender un proyecto para caracterizar la forma de la kilonova.

Esto se debe a que la geometría de la explosión viene dictada por las propiedades de la materia ultradensa de la que están compuestas las estrellas de neutrones, y puede ayudar a los científicos a comprender mejor la energía de la explosión y otras propiedades de la fusión.

Pensaban que sabían más o menos lo que iban a encontrar y que su trabajo consistiría en poner límites más detallados a las propiedades conocidas. La explosión esférica que encontraron en realidad sugiere que nuestra comprensión de las fusiones de estrellas de neutrones es deficiente.

Sneppen afirma:

“Tenemos dos estrellas supercompactas que orbitan una alrededor de la otra 100 veces por segundo antes de colapsar. Nuestra intuición, y todos los modelos anteriores, dicen que la nube explosiva creada por la colisión debe tener una forma aplanada y bastante asimétrica.

La forma más probable de que la explosión sea esférica es que una enorme cantidad de energía salga del centro de la explosión y suavice una forma que, de otro modo, sería asimétrica. Así que la forma esférica nos dice que probablemente hay mucha energía en el núcleo de la colisión, algo imprevisto.”

Proceso de transformación

Esto tiene una posible explicación. Las estrellas de neutrones son aquello en lo que pueden transformarse las estrellas de una masa determinada después de haber utilizado todo el combustible de fusión de su núcleo. Cuando una estrella llega a este punto, expulsa su material exterior y el núcleo colapsa en un objeto ultradenso.

Las estrellas más pequeñas se convierten en enanas blancas, de hasta 1.4 veces la masa del Sol. Las estrellas medianas se convierten en estrellas de neutrones, de hasta 2.4 veces la masa del Sol. Y las estrellas más masivas se convierten en agujeros negros.

Cuando dos estrellas de neutrones colisionan, la masa combinada hace que el objeto recién formado colapse gravitatoriamente aún más, convirtiéndose en un agujero negro. Pero, durante un breve periodo de tiempo antes de que esto ocurra, el objeto puede convertirse en una estrella de neutrones hipermasiva con un campo magnético extremadamente potente. Análisis recientes sugieren que esto es lo que ocurrió con GW170817. Durante sólo un segundo, el objeto fue una estrella de neutrones hipermasiva.

Esto podría explicar la kilonova esférica, afirman los investigadores.

Watson explica:

“Tal vez se cree una especie de ‘bomba magnética’ en el momento en que la energía del enorme campo magnético de la estrella de neutrones hipermasiva se libera cuando la estrella colapsa en un agujero negro.

La liberación de energía magnética podría hacer que la materia de la explosión se distribuyera de forma más esférica. En ese caso, el nacimiento del agujero negro podría ser muy energético”.

Pero quedan algunas preguntas sin respuesta, concretamente sobre cómo se forjan los elementos pesados en la kilonova. Sabemos que ocurre; tras la explosión, los científicos detectaron claramente estroncio en los eyecta de la kilonova.

Representación artística de una kilonova. Crédito: Robin Dienel / Carnegie Institution for Science)

En su análisis de la kilonova, el equipo de Sneppen halló una distribución casi esféricamente simétrica de estroncio, que es uno de los elementos pesados más ligeros. Pero los modelos sugieren que los elementos más pesados, como el oro y el uranio, deberían formarse en lugares de la kilonova separados de los más ligeros. Esto, según el equipo, sugiere que los neutrinos están implicados.

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Sneppen afirma:

“Una idea alternativa es que en los milisegundos que vive la estrella de neutrones hipermasiva, emite con mucha potencia, posiblemente incluyendo un enorme número de neutrinos.

Los neutrinos pueden hacer que los neutrones se conviertan en protones y electrones, y crear así más elementos ligeros en general. Esta idea también tiene defectos, pero creemos que los neutrinos desempeñan un papel aún más importante de lo que pensábamos.”

Es posible que haya más de un mecanismo en juego. Esperemos que la captura de más colisiones de estrellas de neutrones en acción en el futuro pueda ayudar a revelarlos.

Los hallazgos de la investigación han sido publicados en la revista Nature.

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