Nacimiento de magnetar de colisión colosal potencialmente visto por primera vez – ¿Watts Up With That?

La fusión de estrellas de neutrones da como resultado una magnetar con la kilonova más brillante jamás observada

NORTHWESTERN UNIVERSITY

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VIDEO: LA FUSIÓN DE ESTRELLAS DE NEUTRONES RESULTA EN LA KILONOVA MÁS BRILLANTE NUNCA OBSERVADA Y LA POSTERIOR MAGNETAR.
CRÉDITO: NASA, ESA Y D. PLAYER (STSCI)

EVANSTON, Ill. — Hace mucho tiempo y en todo el universo, un enorme estallido de rayos gamma desencadenó más energía en medio segundo que la que producirá el sol durante toda su vida útil de 10 mil millones de años.

Después de examinar el estallido increíblemente brillante con longitudes de onda ópticas, de rayos X, infrarrojo cercano y de radio, un equipo de astrofísica dirigido por la Universidad de Northwestern cree que potencialmente detectó el nacimiento de un magnetar.

Los investigadores creen que la magnetar se formó por la fusión de dos estrellas de neutrones, algo que nunca antes se había observado. La fusión dio como resultado una kilonova brillante, la más brillante jamás vista, cuya luz finalmente llegó a la Tierra el 22 de mayo de 2020. La luz llegó primero como una explosión de rayos gamma, llamada explosión corta de rayos gamma.

«Cuando dos estrellas de neutrones se fusionan, el resultado predicho más común es que forman una estrella de neutrones pesada que colapsa en un agujero negro en milisegundos o menos», dijo Wen-fai Fong de Northwestern, quien dirigió el estudio. “Nuestro estudio muestra que es posible que, para este breve estallido de rayos gamma en particular, el objeto pesado sobreviviera. En lugar de colapsar en un agujero negro, se convirtió en una magnetar: una estrella de neutrones que gira rápidamente y que tiene grandes campos magnéticos, descargando energía en su entorno circundante y creando el brillo muy brillante que vemos”.

La investigación ha sido aceptada por El diario astrofísico y se publicará en línea a finales de este año.

Fong es profesor asistente de física y astronomía en la Facultad de Artes y Ciencias Weinberg de Northwestern y miembro de CIERA (Centro para la Exploración e Investigación Interdisciplinaria en Astrofísica). La investigación involucró a dos estudiantes universitarios, tres estudiantes graduados y tres becarios posdoctorales del laboratorio de Fong.‘Había un nuevo fenómeno sucediendo’

Después de que la luz fuera detectada por primera vez por el Observatorio Neil Gehrels Swift de la NASA, los científicos reclutaron rápidamente otros telescopios, incluido el Telescopio Espacial Hubble de la NASA, el Very Large Array, el Observatorio WM Keck y la red del Telescopio Global del Observatorio Las Cumbres, para estudiar las secuelas de la explosión y su galaxia anfitriona.

El equipo de Fong se dio cuenta rápidamente de que algo no cuadraba.

En comparación con las observaciones de rayos X y radio, la emisión del infrarrojo cercano detectada con el Hubble era demasiado brillante. De hecho, fue 10 veces más brillante de lo previsto.

“A medida que ingresaban los datos, formábamos una imagen del mecanismo que producía la luz que veíamos”, dijo el coinvestigador del estudio, Tanmoy Laskar, de la Universidad de Bath en el Reino Unido. “Cuando obtuvimos las observaciones del Hubble, tuvimos que cambiar por completo nuestro proceso de pensamiento, porque la información que agregó el Hubble nos hizo darnos cuenta de que teníamos que descartar nuestro pensamiento convencional y que estaba ocurriendo un nuevo fenómeno. Luego tuvimos que averiguar qué significaba eso para la física detrás de estas explosiones extremadamente energéticas”.monstruo magnético

Fong y su equipo han discutido varias posibilidades para explicar el brillo inusual, conocido como un estallido corto de rayos gamma, que vio el Hubble. Los investigadores creen que los estallidos cortos son causados ​​por la fusión de dos estrellas de neutrones, objetos extremadamente densos de la masa del sol comprimidos en el volumen de una gran ciudad como Chicago. Si bien la mayoría de los estallidos cortos de rayos gamma probablemente den como resultado un agujero negro, las dos estrellas de neutrones que se fusionaron en este caso pueden haberse combinado para formar una magnetar, una estrella de neutrones supermasiva con un campo magnético muy poderoso.

“Básicamente tienes estas líneas de campo magnético que están ancladas a la estrella que giran alrededor de 1000 veces por segundo, y esto produce un viento magnetizado”, explicó Laskar. «Estas líneas de campo giratorias extraen la energía rotacional de la estrella de neutrones formada en la fusión y depositan esa energía en la eyección de la explosión, lo que hace que el material brille aún más».

“Sabemos que existen magnetares porque los vemos en nuestra galaxia”, dijo Fong. “Creemos que la mayoría de ellos se forman en las muertes explosivas de estrellas masivas, dejando atrás estas estrellas de neutrones altamente magnetizadas. Sin embargo, es posible que se forme una pequeña fracción en las fusiones de estrellas de neutrones. Nunca antes habíamos visto evidencia de eso, y mucho menos en luz infrarroja, lo que hace que este descubrimiento sea especial”.Kilonova extrañamente brillante

Se espera que las kilonovas, que suelen ser 1.000 veces más brillantes que una nova clásica, acompañen a los estallidos cortos de rayos gamma. Único en la fusión de dos objetos compactos, las kilonovas brillan a partir de la desintegración radiactiva de los elementos pesados ​​expulsados ​​durante la fusión, produciendo elementos codiciados como el oro y el uranio.

«Solo tenemos una kilonova confirmada y bien muestreada hasta la fecha», dijo Jillian Ratinejad, coautora del artículo y estudiante graduada en el laboratorio de Fong. “Por lo tanto, es especialmente emocionante encontrar una nueva kilonova potencial que se vea tan diferente. Este descubrimiento nos dio la oportunidad de explorar la diversidad de kilonovas y sus objetos remanentes”.

Si el brillo inesperado visto por Hubble provino de un magnetar que depositó energía en el material de la kilonova, entonces, dentro de unos años, el material expulsado por el estallido producirá luz que aparecerá en longitudes de onda de radio. Las observaciones de radio de seguimiento pueden probar en última instancia que se trataba de un magnetar, lo que lleva a una explicación del origen de tales objetos.

«Ahora que tenemos una candidata a kilonova muy brillante», dijo Rastinejad, «estoy emocionado por las nuevas sorpresas que los estallidos cortos de rayos gamma y las fusiones de estrellas de neutrones nos tienen reservados en el futuro».

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El Telescopio Espacial Hubble es un proyecto de cooperación internacional entre la NASA y la ESA (Agencia Espacial Europea). El Centro de Vuelo Espacial Goddard de la NASA en Greenbelt, Maryland, administra el telescopio. El Instituto de Ciencias del Telescopio Espacial (STScI) en Baltimore, Maryland, lleva a cabo operaciones científicas del Hubble. STScI es operado para la NASA por la Asociación de Universidades para la Investigación en Astronomía en Washington, DC

El estudio, «La contraparte de banda ancha del GRB 2005221 corto en z = 0.5536: ¿Una kilonova luminosa o un flujo de salida colimado con un choque inverso?» fue apoyado por la Fundación Nacional de Ciencias (números de premio AST-1814782 y AST-1909358) y la NASA (número de programa 15964).

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