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Captan el resplandor crepuscular de un choque de estrellas de neutrones


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El capítulo final de la histórica detección de la poderosa fusión de dos estrellas de neutrones en 2017 –fuente de la primera onda gravitacional observada–, ha sido escrito oficialmente.

Después de que el estallido extremadamente brillante finalmente se desvaneció en negro, un equipo internacional dirigido por la Universidad Northwestern construyó minuciosamente su resplandor, el último fragmento del ciclo de vida del famoso evento.

La imagen resultante no solo es la imagen más profunda del resplandor de una colisión de estrellas de neutrones hasta la fecha, sino que también revela secretos sobre los orígenes de la fusión, el chorro que creó y la naturaleza de los estallidos de rayos gamma más cortos.

“Esta es la exposición más profunda que hemos tenido de este evento en luz visible”, dijo Wen-fai Fong de Northwestern, quien dirigió la investigación. “Cuanto más profunda es la imagen, más información podemos obtener”.

El estudio se publicará este mes en The Astrophysical Journal Letters.

Muchos científicos consideran la fusión de estrellas de neutrones de 2017, denominada GW170817, como el descubrimiento más importante de LIGO (Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory) hasta la fecha. Fue la primera vez que los astrofísicos capturaron dos estrellas de neutrones que colisionaron. Detectada tanto en ondas gravitacionales como en luz electromagnética, también fue la primera observación de múltiples mensajeros entre estas dos formas de radiación.

La luz de GW170817 se detectó, en parte, porque estaba cerca, lo que la hacía muy brillante y relativamente fácil de encontrar. Cuando las estrellas de neutrones colisionaron, emitieron una kilonova, 1.000 veces más brillante que una nova clásica, como resultado de la formación de elementos pesados después de la fusión. Pero fue exactamente este brillo el que hizo que su resplandor posterior, formado a partir de un chorro que viajaba cerca de la velocidad de la luz, golpeando el entorno, fuera tan difícil de medir.

“Para que podamos ver el resplandor, la kilonova tuvo que moverse fuera del camino”, dijo Fong. “Seguramente, unos 100 días después de la fusión, la kilonova se había desvanecido y el resplandor crepuscular se hizo cargo. El resplandor crepuscular fue tan tenue, sin embargo, que dejó a los telescopios más sensibles capturarlo”.

A partir de diciembre de 2017, el telescopio espacial Hubble de la NASA detectó el resplandor de la luz visible de la fusión y volvió a visitar la ubicación de la fusión 10 veces más en el transcurso de un año y medio.

A finales de marzo de 2019, el equipo de Fong utilizó el Hubble para obtener la imagen final y la observación más profunda hasta la fecha. En el transcurso de siete horas y media, el telescopio grabó una imagen del cielo desde donde ocurrió la colisión de la estrella de neutrones. La imagen resultante mostró, 584 días después de la fusión de la estrella de neutrones, que la luz visible que emanaba de la fusión finalmente se había ido.

A continuación, el equipo de Fong necesitaba eliminar el brillo de la galaxia circundante, para aislar el resplandor extremadamente tenue del evento.

“Para medir con precisión la luz del resplandor crepuscular, hay que quitar toda la otra luz”, dijo Peter Blanchard, becario postdoctoral en CIERA (Centro de Exploración Interdisciplinaria e Investigación en Astrofísica) y segundo autor del estudio. “El mayor culpable es la contaminación lumínica de la galaxia, que tiene una estructura extremadamente complicada”.

Fong, Blanchard y sus colaboradores abordaron el desafío utilizando las 10 imágenes en las que la kilonova desapareció y el resplandor permaneció, así como la imagen final y profunda del Hubble sin rastros de la colisión. El equipo superpuso su imagen profunda del Hubble en cada una de las 10 imágenes de resplandor posterior. Luego, usando un algoritmo, sustrajeron meticulosamente, píxel por píxel, toda la luz de la imagen del Hubble de las imágenes de resplandor posterior anteriores.

El resultado: una serie temporal final de imágenes, que muestra el tenue resplandor posterior sin contaminación lumínica de la galaxia de fondo. Completamente alineado con las predicciones del modelo, es la serie temporal de imágenes más precisa del resplandor de luz visible del GW170817 producido hasta la fecha.

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