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El arte de ‘escuchar’ las ondas gravitacionales para descubrir lo impredecible

Aleida Rueda
16/oct/2017

Un grupo de científicos incapaces de ocultar su emoción anunciaron hoy una detección histórica. Por primera vez han usado ondas gravitacionales para localizar un objeto en el cielo, en este caso, dos estrellas de neutrones que colisionaron muy cerca de nuestra galaxia, a una distancia de 130 millones de años luz.

El hallazgo no es poca cosa. Ahora los científicos son capaces de “escuchar” estas ondas e identificar, en tiempo récord y con bastante exactitud, a dónde deben apuntar todos los telescopios del mundo para ser testigos de un fenómeno específico.

La detección ocurrió hace unas semanas, el 17 de agosto, cuando los observatorios de ondas gravitacionales de LIGO, en Estados Unidos, y Virgo, en Italia, registraron una señal de onda gravitacional. Casi al mismo tiempo, varios observatorios de la Agencia Espacial Europea detectaron una explosión de rayos gamma. Pronto los investigadores se dieron cuenta de que por primera vez observaban en un mismo evento ambas señales: ondas gravitacionales y radiación electromagnética (luz visible).

“Se sintió como Navidad. Empezamos a decirles a todos nuestros colegas astrónomos dónde debían mirar así que docenas de telescopios alrededor del mundo apuntaron a una misma zona”, relata Laura Nuttall, investigadora de la Universidad de Cardiff, quien también forma parte de la colaboración LIGO.

Después de casi dos horas, todos ellos pudieron mirar el resplandor provocado por la colisión de estas dos estrellas de neutrones. Esa explosión se conoce como kilonova, algo que nunca antes se había observado.

“El hallazgo es fascinante para nosotros porque muestra otro tipo de ondas gravitacionales, las creadas por la colisión de estrellas de neutrones, que se sabía que ocurren en algún lugar pero no habían sido observadas directamente”, dice Saúl Ramos, investigador del Instituto de Física.

Esta detección confirma, además, que las colisiones de estrellas de neutrones pueden crear explosiones de rayos gamma y que estos rayos y las ondas gravitacionales pueden viajar a la misma velocidad, la velocidad de la luz.

“Hasta ahora, los astrónomos no sabían cómo se generaban los rayos gamma, así que esto aclara su posible origen. Además, resulta muy interesante observar con luz un fenómeno que también se ‘ve’ con ondas gravitacionales”, dice Shahen Hacyan, investigador del Instituto de Física.

El espectáculo de una colisión extrema

Una estrella de neutrones es el remanente de estrellas muy masivas que explotan como supernovas. Es un objeto muy compacto que, cuando se contrae, no sólo gira más rápido sino que su campo magnético se vuelve más y más intenso.

“Las estrellas de neutrones poseen un intensísimo campo magnético y al chocar entre sí producen ondas gravitacionales y, también, ondas electromagnéticas: desde luz visible hasta rayos gamma”, explica Hacyan.

Eso fue lo que ocurrió con la detección del 17 de agosto: una estrella de neutrones orbitaba cerca de otra; y en conjunto, empezaron a generar ondas gravitacionales que propiciaron que se acercaran y deformaran cada vez más hasta el punto en que colisionaron, generando rayos gamma y… otras cosas interesantes. Todo eso, desde su inicio hasta su colisión, pudo ser visto por ojos humanos.

Dos estrellas de neutrones se encuentran y a medida que se acercan se van distorsionando hasta que finalmente colisionan. Crédito: NASA.

El origen de los elementos pesados

Después de que se produjo la kilonova a partir del choque de las dos estrellas de neutrones, los astronómos estudiaron la luz que se produjo durante las siguientes semanas con el fin de identificar qué tipo de elementos se producían y encontraron algo todavía más impredecible y poderoso: la producción de elementos pesados.

“Los investigadores notaron que se produjeron ciertos canales de luz de cada vez más baja frecuencia. Este proceso solamente ocurre cuando se empiezan a generar elementos más pesados que el hierro como el oro, la plata o el platino. A eso se le llama el proceso r”, explica Ramos-Sánchez.

El proceso r (r de rápido) consiste en que los neutrones empiezan a agruparse rápidamente con los protones para formar núcleos cada vez más pesados. Este proceso solo es posible si hay temperaturas altas y colisiones que animen a los neutrones a juntarse cada vez más.

“Por primera vez podemos saber de dónde vienen los elementos pesados (como nuestro oro) y por lo tanto podemos estar seguros de que lo que hemos teorizado hasta ahora es correcto. Desafortunadamente este hallazgo no nos dice nada que no sepamos pero lo fantástico es que esta colaboración despierta el ánimo de muchas personas y es una prueba de cómo es posible trabajar en equipo”, dice Saúl Ramos-Sánchez.

Para muchos, este descubrimiento es la apertura de una nueva era en astronomía, resultado del uso de los detectores de ondas gravitacionales, por un lado, y los telescopios ópticos tradicionales, por otro, pero también es resultado de la colaboración de miles (literalmente, miles) de científicos de todo el mundo, capaces de ofrecer, en conjunto, una mirada totalmente nueva del Universo.

Quizás esta es la prueba más clara de que, también en la ciencia, la unión hace la fuerza.