Kilonova: dos estrellas de neutrones colisionan en el universo lejano

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El Telescopio Espacial James Webb, desde su puesta en funcionamiento el año pasado, ha permitido redescubrir el universo y ofrecer mayor y mejor conocimiento sobre los procesos que ocurren en él. Con el tiempo se espera poder resolver algunas de las grandes preguntas que se hacen los investigadores, una de ellas es sobre la creación de los diferentes elementos de la tabla periódica y su respectiva abundancia. Una nueva detección puede ayudar a descubrirlo.

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Panorama del evento GRB 230307A, que corresponde a una kilonova. En el centro se logra apreciar la galaxia origen de las dos estrellas de neutrones. Créditos: NASA, ESA, CSA, STScI, A. Levan (IMAPP, Warw), A. Pagan (STScI).

Cataclismo estelar

Las estrellas en el universo pueden ser agrupadas en diferentes grupos que definirán el fin de su vida dependiendo de la masa. Para las livianas se espera que al cabo de un largo tiempo esta crezca en tamaño y expulse sus capas exteriores, quedando en el centro una enana blanca. Para las de mayor masa hay dos posibles remanentes, el más conocido son los agujeros negros. Sin embargo, existe un estrecho rango de masa en los cuales se puede dar paso a una estrella de neutrones, un objeto de muy alta densidad, temperatura y velocidad de rotación.

Las estrellas con suficiente masa para dar paso a las de neutrones son escasas en el universo. Pero, esto no evita que se den contadas colisiones entre estrellas de neutrones y agujeros negros, produciendo grandes ráfagas de muy alta energía, en el dominio de energía de los rayos X y gamma. Estos eventos pueden ser detectados desde la Tierra tanto en el espectro electromagnético como a través de ondas gravitacionales.

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Etiquetas de la kilonova y el lugar de origen a las estrellas de neutrones visto por el instrumento NIRCam de James Webb. Créditos: NASA, ESA, CSA, STScI, A. Levan (IMAPP, Warw), A. Pagan (STScI).

Creación de elementos

En marzo, el Telescopio Espacial Fermi de la NASA detectó el que es conocido actualmente como el segundo evento más energético observado en los últimos 50 años. Tuvo una duración de 200 segundos y mostró un brillo hasta mil veces mayor que otras ráfagas similares. A partir de observaciones en conjunto por varios instrumentos terrestres y espaciales se logró caracterizar el destello como una kilonova.

Después de la fusión entre dos estrellas de neutrones; aunque existe la posibilidad de que uno de ellos sea un agujero negro, los gases disparados se expanden a gran velocidad. Al tiempo, este muestra un rápido enfriamiento que emite principalmente en el infrarrojo, el dominio de James Webb.

El telescopio espacial permitió determinar el origen de las estrellas, una galaxia espiral ubicada a aproximadamente 120 000 años luz del lugar observado de la kilonova. El sistema binario fue expulsado a gran velocidad cuando cumplieron su vida y detonaron como supernovas.

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Gráfico del espectro teórico y experimental de una supernova. En él se aprecia un claro pico asociado a la presencia del elemento telurio, cuyo número atómico es 52. Créditos: NASA, ESA, CSA, STScI, A. Levan (IMAPP, Warw), A. Pagan (STScI).

Aprovechando la gran sensibilidad del instrumento NIRSpec, los investigadores estudiaron el espectro del gas residual de la explosión para conocer los elementos allí presentes. Comparando los modelos teóricos con las mediciones experimentales, fue posible comprobar la creación de telurio, un elemento que en la Tierra es más raro que el platino.

Abono estelar para la vida

Las supernovas y kilonovas son responsables en gran parte de la diversidad de elementos que componen el universo y especialmente los planetas como la Tierra que dan paso a la vida. A través de mayores detecciones en los siguientes ciclos de observación del James Webb se espera poder caracterizar mejor estos energéticos eventos y la abundancia de metales pesados producidos.

Francisco Andrés Forero Daza
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