fusión de binarias de estrellas de neutrones

Una partícula con una energía de $$10^{18}$$ eV que impacta la atmósfera terrestre es como si una pelota de tenis que viaja a 200 km/h chocara contra una pared. De dónde provienen tales proyectiles es un debate que los astrofísicos han sostenido durante décadas.

Una estrella ha agotado su combustible y se contrae rápidamente bajo su propio peso. Según las ideas clásicas, colapsa en un punto de densidad infinita: la singularidad. Pero, ¿y si la naturaleza no tolera los infinitos? En los modelos de agujeros negros regulares, en el centro no surge una singularidad, sino un núcleo denso de materia desconocida.

En 2017, los detectores LIGO y Virgo registraron un temblor del espacio-tiempo provocado por la colisión de dos estrellas de neutrones — el evento GW170817. Tras el primer estallido llegó una resonancia posterior: oscilaciones de kilohercios del recién nacido remanente superdenso.

Dos estrellas de neutrones se acercan en espiral y colisionan. Nace una onda gravitacional, una ondulación en el espacio-tiempo, un breve estallido de rayos gamma y un tenue resplandor que los astrónomos llaman kilonova. Pero a veces la señal pasa cerca de una galaxia pesada.

Dos esferas ultradensas, cada una del tamaño de una ciudad, giran en una danza. Su masa es menor que la solar, pero en su interior hay materia comprimida hasta límites inimaginables. Una esfera es una estrella de neutrones; la otra, una estrella extraña, compuesta enteramente de quarks (las partículas elementales que forman protones y neutrones).

Las estrellas bosónicas son átomos gravitacionales. Solo que en lugar de carga eléctrica, el núcleo es la propia gravedad, que mantiene una nube de campo escalar en grumos cuantizados.

Cuando dos estrellas de neutrones — los núcleos superdensos de astros muertos — colisionan, nace una kilonova: una explosión mil veces más brillante que una nova ordinaria. Es un auténtico taller de fundición del Universo.

Una historia detectivesca se desarrolló en el catálogo GWTC-5. Cientos de señales de agujeros negros en fusión, capturadas por los detectores de Rainer Weiss y sus colegas, guardaban el secreto del origen de los objetos más masivos y de rotación más rápida de escala estelar.

Dos estrellas de neutrones —restos ultradensos de estrellas masivas— se fusionan en una sola, y el espacio a su alrededor se estremece: nace una onda gravitacional, una ondulación en el propio tejido del espacio-tiempo. Casi al mismo tiempo, del lugar de la catástrofe surge un estrecho chorro de materia: el jet.

La colisión de dos estrellas de neutrones es una fragua cósmica donde, en cuestión de segundos, se forjan los elementos más pesados de la tabla periódica. En 2017, los detectores captaron ondas gravitacionales de una fusión de este tipo, y los telescopios vieron un destello: una kilonova.

Los detectores LIGO y Virgo captan las ondulaciones del espacio-tiempo, pero algunas señales obligan a reescribir los guiones de la muerte estelar.

Dos piedras caen en un estanque. De cada una se expanden círculos, pero en cuanto chocan, se produce un chapoteo y un golpe seco y resonante. Algo así suena la fusión de dos estrellas de neutrones, los restos superdensos de estrellas que han explotado.

Los fuelles de herrero avivan el fuego expulsando aire bruscamente. En el espacio, ese papel lo desempeña la onda de choque de una supernova — concepto introducido por Fritz Zwicky: alcanza la gigantesca burbuja de partículas cargadas y campos magnéticos formada alrededor de una estrella…

El Universo suena. No en el sentido habitual: su sinfonía está grabada en las minúsculas variaciones de densidad a partir de las cuales crecieron las galaxias y nosotros mismos.

En los centros de las galaxias, donde los agujeros negros supermasivos dormitan rodeados de enjambres estelares, a veces se encienden fuegos de fuerza monstruosa: las disrupciones por marea. Pero algunos de estos eventos se comportan de manera extraña: se repiten una y otra vez, y cada nuevo encendido es más tenue que el anterior.

Dos estrellas de neutrones dan vueltas en una danza final. Si su giro coincide con el movimiento orbital, los compañeros se fusionan limpiamente, expulsando un chorro estrecho de materia incandescente. Pero si giran en direcciones opuestas, la danza se rompe, esparciendo un denso manto de escombros.

Dos estrellas agotadas del tamaño de la Tierra — pero cada una más pesada que el Sol — giran cada vez más cerca hasta que una choca contra la otra. El impacto desencadena una explosión termonuclear y nace una supernova de tipo Ia. Estos destellos sirven como faros cósmicos para medir distancias en el universo. Sin embargo, los detalles de su origen aún son motivo de debate.

Núcleos atómicos envueltos en esponjosos abrigos de electrones: con semejante ropa, no hay abrazo que valga. Pero cambia el abrigo ligero por uno pesado: el muón, una partícula del modelo estándar, comprime la nube casi 200 veces.

En 2017, los detectores captaron un temblor del espacio: ondas gravitacionales de la fusión de dos estrellas de neutrones. Los telescopios encontraron de inmediato un destello de luz: una explosión cósmica que los astrónomos llamaron kilonova. En ese caldero de fuego, según se descubrió, nacen los elementos más pesados de la tabla periódica: oro, platino, uranio.

Dos estrellas de neutrones —restos de astros muertos, comprimidos hasta el tamaño de una ciudad pero con el peso de todo un Sol— giran una alrededor de la otra y finalmente colisionan. En ese instante nace algo intermedio entre un agujero negro y un imán ultrapotente: un campo miles de millones de veces más fuerte que el del más potente escáner de resonancia magnética.

Dos estrellas ultradensas giran una alrededor de la otra y finalmente chocan. Esta danza dura solo unos instantes, pero genera poderosas ondas en el espacio: ondas gravitacionales. Tras la fusión queda un conglomerado que gira rápidamente y que suena como una campana, y ese tañido lleva información sobre de qué estaban hechas las estrellas.

Cuando una estrella de neutrones y un agujero negro se fusionan, emiten ondas gravitacionales — ondulaciones del espacio-tiempo que llegan a la Tierra. Estas ondulaciones llevan la huella de su última danza: la órbita antes de la colisión suele ser alargada, como una elipse.

Cuando los agujeros negros o estrellas de neutrones se fusionan, puntean el espacio, emitiendo ondas gravitacionales — un chirrido predicho por Einstein. Detectores como LIGO capturan esta melodía cósmica, cuyo tono codifica las masas.

Dos estrellas de neutrones son los restos superdensos de astros muertos, cada una del tamaño de una ciudad pero más masiva que el Sol. Ya en 1934, su existencia fue predicha por Fritz Zwicky. Una cucharadita de esa materia pesaría miles de millones de toneladas.

Dos núcleos de estrellas de neutrones colisionan y el espacio a su alrededor tiembla como la superficie de un estanque cuando se lanza una piedra. Esa vibración es captada por los enormes detectores de ondas gravitacionales.

Dos agujeros negros sin rotación agujeros negros en el momento de la fusión generan ondas gravitacionales — ondulaciones en el mismísimo tejido del espacio-tiempo, que capturan los instrumentos desarrollados con la participación de Kip Thorne.

Los detectores de ondas gravitacionales LIGO y Virgo captaron un estruendo sordo, la huella de la fusión de dos objetos invisibles. Su masa total resultó ser menor que la solar. La evolución estelar no produce agujeros negros tan ligeros: una estrella agonizante no se comprime en un final tan diminuto.

Dos núcleos estelares agotados chocan y se fusionan en uno solo. Así nacen las estrellas R Coronae Borealis, unos astros raros en los que el oxígeno-18 es cientos de veces más abundante que en el Sol. Pero cómo ocurre exactamente seguía siendo un misterio.

En 1994, los astrónomos vieron cómo la estrella V4332 en la constelación de Sagitario estalló repentinamente y se volvió miles de veces más brillante. Desde entonces no se ha calmado: su brillo ha cambiado varias veces más.

En la galaxia vecina, la Gran Nube de Magallanes, vive el sistema binario A0538-66. Allí, una estrella de neutrones —una esfera diminuta del tamaño de una ciudad pero con más masa que el Sol— gira sobre sí misma en 69 milisegundos.

Dos galaxias han colisionado y desde su centro brota una fuente invisible. Los telescopios ALMA y VLT han mirado en el corazón del sistema IRAS20100-4156, allí donde se fusionan dos islas estelares. Allí el trabajo hierve: nacen cientos de nuevos soles y, debido a su calor, un flujo de gas frío se escapa hacia el exterior.

El telescopio espacial Einstein Probe registró una tormenta celestial: tras una breve (0,4 segundos) explosión de rayos gamma — el relámpago cósmico — siguió un largo estruendo de rayos X, como un trueno. Duró casi 10 minutos.

En un rincón oscuro de la Vía Láctea funciona un metrónomo natural. Cada 8196 segundos, aproximadamente 2 horas y 16 minutos, la superficie de una estrella de neutrones emite un destello de rayos X. La estrella EP J171159.4-333253 atrae gas de su estrella vecina, y ese gas, al caer, se acumula en su superficie.

Encender un miniatura sol es un viejo sueño de la humanidad. Generalmente, los científicos intentan confinar plasma incandescente (gas de partículas cargadas) a temperaturas de cientos de millones de grados.

Las estrellas masivas terminan su vida con una explosión grandiosa — una supernova. Sus núcleos se comprimen en una estrella de neutrones (una esfera superdensa donde una cucharadita de materia pesa mil millones de toneladas) o en un agujero negro.

Los astrónomos llevan años intentando resolver el enigma de las ráfagas rápidas de radio: señales ultracortas pero increíblemente potentes que llegan de galaxias lejanas. Algunas se encienden repetidamente, como faros de ritmo variable, mientras que otras se detectan una sola vez, dejando tras de sí solo preguntas.

Una pareja de estrellas de neutrones es como dos bolas pesadas que se acercan lentamente en espiral. Nacieron juntas a partir de un sistema binario de estrellas masivas, pero hasta la colisión pueden pasar cientos de millones de años. Cuando las bolas finalmente chocan, se produce un estallido corto de rayos gamma: una explosión brillantísima que se ve a través de medio universo.

Los estallidos de rayos gamma cortos son explosiones colosales que en fracciones de segundo liberan una energía comparable a la que nuestro Sol emitirá en miles de millones de años.

Las estrellas de neutrones — remanentes superdensos de supernovas — generan ondas gravitacionales al colisionar. Estas vibraciones del espacio pueden imaginarse como una melodía inaudible: cuanto mejor captamos sus notas, más entendemos el interior de estos objetos.

Un magnetar es una estrella de neutrones con un campo magnético un cuatrillón de veces más fuerte que el terrestre. A veces expulsa un grumo de plasma, parecido a un globo, dentro del cual se agitan miles de resortes invisibles.