Primera detecció d’ones gravitatòries de la col·lisió de dos estels de neutrons… i l’origen de l’or a la Terra

Per primera vegada, els científics han detectat de forma directa i simultània ones gravitatòries – ondulacions en l’espai-temps – i la llum provinent d’una col·lisió espectacular de dues estrelles de neutrons. Això constitueix la primera vegada que d’un esdeveniment còsmic observat en ones gravitatòries, s’ha descobert al mateix temps la seua contrapartida òptica i la radiació d’alta freqüència emesa. D’aquesta manera, finalment, hem pogut “veure” exactament d’on provenen els senyals observats. A més s’ha pogut explicar l’origen dels metalls pesats com l’or.

El descobriment ha estat realitzat utilitzant l’Observatori d’Ones Gravitatòries per Interferometria Làser (LIGO, per les sigles en anglès) situat als EUA, el detector Virgo situat a Europa, i uns 70 observatoris terrestres, 7 d’ells espacials. La coordinació mundial de milers de científics durant setmanes per monitoritzar el mateix fenomen ha permès aquest resultat espectacular.

Dos anells de casament. Origen: col·lisió de dos estels de neutrons. Wikipedia

El 17 d’agost de 2017, astrònoms de tot el món van ser avisats d’una observació d’ones gravitatòries registrada pels detectors LIGO avançat i per Virgo avançat. Aquest esdeveniment d’ones gravitatòries, conegut ara com GW170817, semblava ser el resultat de la fusió de dues estrelles de neutrons. La idea era captar en els primers moments els senyals emesos per la font astrofísica utilitzant telescopis capaços de recollir llums de longituds d’ona diferent, des d’ones de ràdio fins a raig gamma, passant per les ones de llum visibles.

Ondulacions de la gravetat, esclats de llum (4:17)

El 17 d’agost de 2017, LIGO) i Virgo van detectar, per primera vegada, ones gravitatòries a partir de la col·lisió de dues estrelles de neutrons. L’esdeveniment no només va ser “escoltat” en ones gravitatòries, sinó que també es va veure la llum captada per dotzenes de telescopis a terra i a l’espai. (Crèdit: LIGO-Virgo)

Menys de dos segons després del senyal GW170817, el satèl·lit Fermi de la NASA va observar un esclat de raigs gamma, conegut ara com GRB170817A, i en els minuts següents a aquestes deteccions inicials, desenes de telescopis al voltant del món van començar una extensa campanya d’observació.

El telescopi Swope a Xile va ser el primer a informar sobre una font òptica brillant (SSS17a) en la galàxia NGC 4993 i altres grups addicionals van detectar de forma independent el mateix senyal transitori durant els següents minuts i hores. Durant les setmanes següents, els astrònoms van observar aquesta galàxia amb instruments sensibles en tot l’espectre electromagnètic. El conjunt d’aquestes observacions proporcionen ara una visió exhaustiva d’aquest esdeveniment cataclísmic començant aproximadament 100 segons abans de la fusió dels estels de neutrons fins a diverses setmanes després. Les observacions avalen la hipòtesi que dos estels de neutrons es van fusionar en la galàxia NGC 4993, situada a 130 milions d’anys llum de distancia – produint ones gravitatòries, un esclat de raigs gamma de curta durada i una kilonova. L’esdeveniment GW170817 marca una nova era en l’astronomia de multi-missatgers, on el mateix esdeveniment és observat amb ones gravitatòries i electromagnètiques.

Els estels de neutrons són els estels més petits i densos coneguts. D’una massa d’una estrella mitjana, el seu diàmetre és d’uns 20 km. Per això són tan densos que una sola cullereta de café de la seua matèria pesa mil milions de tones.

Es formen quan estrelles més massives exploten en forma de supernoves. Quan dues estrelles de neutrons orbiten una al voltant de l’altra, el sistema perd energia en forma d’ones gravitatòries i, per tant les dues estrelles orbiten de forma espiral estant condemnades a unir-se de forma catastròfica després de mil·lennis. En el cas observat, a mesura que l’òrbita de les dues estrelles de neutrons girava en forma d’espiral, el sistema binari emetia ones gravitatòries que van ser detectades durant uns 100 segons abans del col·lapse. Al xocar, amb una velocitat prop de la tercera part de la velocitat de la llum, es va emetre un gran esclat de llum en forma de raigs gamma observat a la Terra uns dos segons després de la detecció de les pròpies ones gravitatòries.

En els dies i setmanes posteriors a la col·lisió, altres formes de llum o radiacions electromagnètiques – incloent raigs X, ultraviolada, òptica, infraroja i ones de ràdio – van ser també detectades. Les observacions han donat als astrònoms una oportunitat sense precedents per a investigar la col·lisió de dues estrelles de neutrons. Per exemple, les observacions realitzades per l’observatori Gemini d’Estats Units, l’European Very Large Telescope i el Hubble Space Telescope revelen traces de materials recentment sintetitzats, incloent or i platí, desxifrant el misteri no resolt durant dècades sobre on es produeixen aproximadament la meitat de tots els elements químics més pesats que el ferro.

A la Universitat de les Illes Balears hi ha un grup que col·labora amb Ligo (LIGO@UIB) des de fa temps mentre que a la Universitat de València el  Valencia Virgo Group participa en la Col·laboració Virgo des de l’1 de juliol del 2016. Enhorabona als dos grups.

Més informació:
Imatges:

1.-Col·lisió cataclísmica. Il·lustració artística de dues estrelles de neutrons xocant. La quadrícula de l’espai-temps ondulant representa les ones gravitatòries que surten de la col·lisió, mentre que les bandes estretes mostren les ràfegues de raigs gamma disparats pocs segons després de les ones gravitatòries. També es representen els remolins de material expulsat de les estrelles que xoquen. Els núvols de gas brillen amb longituds d’ona visibles i d’altres tipus de llum més energètica. NSF/LIGO/Sonoma State University / A. Simonnet.

2.-Primers fotons òptics de la font d’ones gravitatòries. Imatges òptiques i infraroges del telescopi Swope i Magellan de la primera contrapart òptica d’una font d’ones gravitatòries, SSS17a, a la seua galàxia, NGC 4993. La imatge esquerra és del 17 d’agost de 2017, 11 hores després de la detecció de LIGO-Virgo, i conté els primers fotons òptics detectats de la font. La imatge a la dreta és de quatre dies més tard, quan SSS17a, les conseqüències d’una fusió d’estrelles de neutrons, es va esvair significativament i el seu color es va tornar molt més vermell.1M2H / UC Santa Cruz i Carnegie Observatories / Ryan Foley.

3.- Representació artística d’un estel de neutrons sobre la badia de San Francisco. Observeu que petita és. Més informació. NASA.

4.-GW170817: esdeveniment global d’astronomia. Un mapa dels aproximadament 70 observatoris òptics que detectaren l’esdeveniment GW170817. El 17 d’agost de 2017, els detectors LIGO i Virgo van observar ones gravitatòries causat per dues estrelles de neutrons en col·lisió. Els telescopis òptics a tot el món van observar les seqüeles de la col·lisió en les hores, dies i setmanes següents. Van ajudar a identificar la ubicació de les estrelles de neutrons i van identificar signes d’elements pesats, com l’or, en el material expulsat de la col·lisió. LIGO-Virgo

El cel de juny de 2005

Aquest mes parlarem de la constel·lació de Virgo, que s’observa a la part central del mapa estel·lar. Representa Astrea, deessa de la innocència i de la puresa i filla de Zeus i Temis. Després de mesos seguits sense veure cap planeta a la posta del Sol, tornarem a veure Venus. Els planetes Venus, Saturn i Júpiter apareixeran visibles simultàniament en el cel.

La imatge representa un mapa del cel nocturn del dia 1 de juny de 2005, a les 23:30 hores (hora oficial), que pot ser utilitzat per a l’observació. Només cal sostindre’l dalt del cap amb la part inferior en direcció al Sud (S). Així tindreu el Nord (N) darrere vostre en la carta, l’Est (E) es trobarà a l’esquerra i l’Oest (O) a la dreta. Aleshores veureu com les estrelles del mapa es corresponen amb les del cel.

Aquest planisferi també pot servir-vos durant tot el mes. Només caldrà restar 4 minuts per dia de l’hora d’observació indicada. Així aquesta carta serà correcta igualment per al dia 15 a les 22:30 hores i per al dia 30 a les 21:30 hores.

Aquest mes parlarem de la constel·lació de Virgo, que s’observa a la part central del mapa estel·lar. Representa Astrea, deessa de la innocència i de la puresa i filla de Zeus i Temis. En el principi els déus vivien entre els humans, però quan la guerra i la maldat es van estendre entre les persones, aquests van fugir a la seua nova residència de l’Olimp. Astrea va ser l’última a romandre-hi fins que, finalment, també va abandonar la humanitat. Se la va posar entre les estrelles, formant la constel·lació de Virgo. Aquesta forma la segona constel·lació del cel després d’Hydra. La seua estrella més brillant, Spica, és en realitat, un sistema doble d’estrelles situat a 260 anys llum de nosaltres. També hi trobem el supercúmul de galàxies de Virgo a una distància de 65 milions d’anys llum. Aquest mes Júpiter es troba sobre la constel·lació.

Júpiter i Saturn seran visibles durant la primera part de la nit. En la carta estel·lar s’han representat només per al dia 1 de juny. Com els planetes tenen un moviment bastant ràpid en el cel, la seua posició canvia de dia en dia.

Després de mesos seguits sense veure cap planeta a la posta del Sol tornarem a veure Venus. Els planetes Venus, Saturn i Júpiter apareixeran visibles simultàniament en el cel. Des del mateix dia 1 i durant tot el mes, a la posta de sol, la vista serà fantàstica. Venus estarà molt prop de l’horitzó oest mentre que juntament amb els altres dos planetes formarà una gran alineació. El dia 8, la Lluna, amb un dèbil fil de llum, es trobarà només a 4º de Venus. El dia 10, per fi, veurem aparèixer Mercuri només uns minuts després de la posta del Sol. Mercuri anirà veient-se cada vegada més temps i a més altura, fins el dia 23 de juny. A partir del 24 Venus i Mercuri es trobaran molt prop un de l’altre, fins a final de mes.

Entretant el planeta Saturn anirà acostant-se a aquests planetes. El dia 25 de juny s’observarà una concentració de planetes en direcció a l’oest. En només 1º i mig de cel tindrem Mercuri, Venus i Saturn. El millor moment per a observar el fenomen serà cap a les 22 h.

De bon matí, s’observarà molt bé el planeta Mart, que anirà augmentant la seua altura cada dia.

La Lluna es trobarà en lluna nova el dia 6, en quart creixent el 15, mentre que el 22 de juny estarà en fase de lluna plena. Finalment el 28 de juny la Lluna presentarà l’aspecte de quart minvant.

Ja s’han publicat a la revista científica Science els primers resultats de l’exploració de la lluna de Saturn, Tità, per la nau nord-americana Cassini i la sonda europea Huygens. Aquest satèl·lit que té una atmosfera de nitrogen i metà, presenta també rius on corre el metà líquid. Utilitzant un radar a bord de la nau Cassini s’han fet mapes d’un tros de la seua superfície. S’ha descobert un volcà d’uns 180 km de diàmetre al qual se li ha donat el nom de Ganesa Macula. En aquest tros explorat no s’han detectat cràters produïts per l’impacte de cossos celestes com s’observa a la Lluna i altres satèl·lits de Júpiter i Saturn. Es creu que aquests cràters han estat enterrats per materials portats pel vent o han desaparegut per l’erosió que produeix la pluja. Els components de l’atmosfera de Tità són similars a les de la Terra primitiva abans que l’activitat microbiana transformara l’atmosfera terrestre i a partir de la qual es va formar la vida.

Que tingueu unes bones observacions.

(La figura és un mapa celeste per al mes de maig. Vàlid per al dia 1 de juny a les 23:30 hores. Per a utilitzar-lo altres dies caldrà restar 4 minuts per dia de l’hora d’observació indicada. Per veure’l bé cal guardar-lo a l’ordinador i obrir-lo amb un programa gràfic. A partir d’una figura del programa Cartes du Ciel).