Después de que LIGO detectó ondas gravitacionales de la fusión de dos estrellas de neutrones, la carrera comenzó a detectar una contraparte visible, porque a diferencia de los agujeros negros en colisión responsables de las cuatro detecciones anteriores de LIGO, se esperaba que este evento produjera una explosión de luz visible.Un pequeño equipo liderado por UCSC fue el primero en encontrar la fuente de las ondas gravitacionales, capturando las primeras imágenes del evento con el Telescopio Swope en Chile.
Hace dos meses, el Observatorio avanzado de ondas gravitacionales con interferómetro láser LIGO notificó a los astrónomos de todo el mundo sobre la posible detección de ondas gravitacionales a partir de la fusión de dos estrellas de neutrones. A partir de ese momento, el 17 de agosto, la carrera comenzó a detectaruna contraparte visible, porque a diferencia de los agujeros negros en colisión responsables de las cuatro detecciones previas de ondas gravitacionales de LIGO, se esperaba que este evento produjera una brillante explosión de luz visible y otros tipos de radiación.
Un pequeño equipo dirigido por Ryan Foley, profesor asistente de astronomía y astrofísica en UC Santa Cruz, fue el primero en encontrar la fuente de las ondas gravitacionales, ubicadas en una galaxia a 130 millones de años luz de distancia llamada NGC 4993. El equipo de Foleycapturó las primeras imágenes del evento con el telescopio Swope de 1 metro en el Observatorio Las Campanas de la Institución Carnegie en Chile.
"Este es un gran descubrimiento", dijo Foley. "Finalmente estamos conectando estas dos formas diferentes de mirar el universo, observando lo mismo en luz y ondas gravitacionales, y solo por eso este es un evento histórico. Escomo poder ver y escuchar algo al mismo tiempo "
El astrofísico teórico Enrico Ramírez-Ruiz, profesor y presidente de astronomía y astrofísica en la UC Santa Cruz y miembro del equipo de Foley, dijo que las observaciones han abierto una nueva ventana para comprender la física de las fusiones de estrellas de neutrones. Entre otras cosas, los resultadospodría resolver una pregunta muy debatida sobre los orígenes del oro y otros elementos pesados en el universo, que Ramírez-Ruiz ha estado estudiando durante años.
"Creo que esto puede probar nuestra idea de que la mayoría de estos elementos están hechos en fusiones de estrellas de neutrones", dijo. "Estamos viendo que los elementos pesados como el oro y el platino se fabrican en tiempo real".
el equipo de Foley publicará cuatro artículos el 16 de octubre en ciencia basado en sus observaciones y análisis, así como en tres artículos en Letras del diario astrofísico , y son coautores de varios artículos más en Naturaleza y otras revistas, incluidos dos documentos principales dirigidos por la colaboración de LIGO. La clave ciencia los documentos incluyen uno que presenta el descubrimiento de la primera contraparte óptica de una fuente de ondas gravitacionales, dirigido por el estudiante graduado de la UCSC David Coulter, y otro, dirigido por el compañero postdoctoral Charles Kilpatrick, que presenta una comparación de vanguardia de las observacionescon modelos teóricos para confirmar que se trataba de una fusión de estrellas de neutrones. Otros dos artículos de Ciencia fueron dirigidos por los colaboradores de Foley en la Carnegie Institution for Science.
Por coincidencia, la detección de LIGO se produjo el último día de un taller científico sobre "Astrofísica con detecciones de ondas gravitacionales", que Ramírez-Ruiz había organizado en el Instituto Niels Bohr en Copenhague y donde Foley acababa de dar una charla ". IOjalá hubiéramos filmado la charla de Ryan, porque era muy sombrío acerca de nuestras posibilidades de observar una fusión de estrellas de neutrones ", dijo Ramírez-Ruiz." Pero luego pasó a esbozar su estrategia, y fue esa estrategia la que permitió a su equipo encontrarantes que nadie "
La estrategia de Foley consistió en priorizar las galaxias dentro del campo de búsqueda indicado por el equipo de LIGO, apuntar a los que tienen más probabilidades de albergar pares binarios de estrellas de neutrones y obtener la mayor cantidad posible de esas galaxias en cada campo de visión. Otros equipos cubrieron la búsquedaFoley dijo que su campo encontró la fuente en el noveno campo que observaron, después de esperar 10 horas a que se pusiera el sol en Chile.
"Tan pronto como se puso el sol, comenzamos a mirar", dijo Foley. "Al encontrarlo tan rápido como lo hicimos, pudimos construir un conjunto de datos realmente bueno".
Señaló que la fuente era lo suficientemente brillante como para haber sido vista por astrónomos aficionados, y probablemente habría sido visible desde África horas antes de ser visible en Chile. Los rayos gamma emitidos por la fusión de la estrella de neutrones fueron detectados por el Fermi Gamma-el telescopio espacial de rayos casi al mismo tiempo que las ondas gravitacionales, pero los datos de Fermi no proporcionaron mejor información sobre la ubicación de la fuente que LIGO.
El equipo de Foley tomó la primera imagen de la fuente óptica 11 horas después de la detección de LIGO y, después de confirmar su descubrimiento, lo anunció a la comunidad de astronomía una hora más tarde. Docenas de otros equipos rápidamente siguieron con observaciones de otros telescopios. El equipo de Foleytambién obtuvo los primeros espectros de la fuente con los telescopios de Magallanes en el Observatorio Las Campanas de Carnegie.
La fuente de ondas gravitacionales se denominó GW170817, y la fuente óptica se denominó Swope Supernova Survey 2017a SSS17a. Aproximadamente siete días después, la fuente se había desvanecido y ya no podía detectarse en luz visible. Aunque era visible, sin embargo, los astrónomos pudieron reunir un tesoro de datos sobre este extraordinario fenómeno astrofísico.
"Es un conjunto de datos tan rico, la cantidad de ciencia que proviene de esto es increíble", dijo Ramírez-Ruiz.
Las estrellas de neutrones se encuentran entre las formas más exóticas de materia en el universo, consisten casi por completo en neutrones y son tan densas que un cubo de azúcar de material de estrellas de neutrones pesaría alrededor de mil millones de toneladas. La fusión violenta de dos estrellas de neutrones expulsa una gran cantidadde este material rico en neutrones, impulsando la síntesis de elementos pesados en un proceso llamado captura rápida de neutrones, o el "proceso r".
La radiación que emite no se parece en nada a una supernova ordinaria o una estrella en explosión. Astrofísicos como Ramírez-Ruiz han desarrollado modelos numéricos para predecir cómo se vería tal evento, llamado kilonova, pero esta es la primera vez que uno realmente ha sidoobservó con tanto detalle Kilpatrick dijo que los datos se ajustan notablemente bien con las predicciones de los modelos teóricos.
"No se parece a nada que hayamos visto antes", dijo. "Se puso muy brillante muy rápidamente, luego comenzó a desvanecerse rápidamente, cambiando de azul a rojo a medida que se enfriaba. Es completamente sin precedentes".
Una síntesis teórica de datos de todo el espectro, desde ondas de radio hasta rayos gamma, fue dirigida por Ariadna Murguia-Berthier, una estudiante graduada que trabaja con Ramírez-Ruiz, y publicada en Astrophysical Journal Letters, que proporciona un marco teórico coherente para la comprensiónla gama completa de observaciones. Su análisis indica, por ejemplo, que la fusión activó un chorro relativista material que se mueve a una velocidad cercana a la de la luz que generó la explosión de rayos gamma, mientras que la materia se arrancó del sistema de fusión y se expulsó a velocidades más bajasimpulsó el proceso r y las emisiones de kilonova en las longitudes de onda ultravioleta, óptica e infrarroja.
Ramírez-Ruiz ha calculado que una sola fusión de estrellas de neutrones puede generar una cantidad de oro igual a la masa de Júpiter. Los cálculos del equipo de producción de elementos pesados por SSS17a sugieren que las fusiones de estrellas de neutrones pueden representar aproximadamente la mitad de todos los elementosmás pesado que el hierro en el universo.
La detección se produjo solo una semana antes del final de la segunda carrera de observación de LIGO, que había comenzado en noviembre de 2016. Foley estaba en Copenhague, aprovechando su tarde libre para visitar Tivoli Gardens con su compañero, cuando recibió un mensaje de texto deCoulter lo alertó de la detección de LIGO. Al principio, pensó que era una broma, pero pronto estaba pedaleando locamente su bicicleta de regreso a la Universidad de Copenhague para comenzar a trabajar con su equipo en un plan de búsqueda detallado.
"Fue una locura. Apenas lo conseguimos, pero nuestro equipo fue increíble y todo se unió", dijo Foley. "Tuvimos suerte, pero la suerte favorece a los preparados, y estábamos listos".
El equipo de Foley en UC Santa Cruz incluye a Ramírez-Ruiz, Coulter, Kilpatrick, Murguia-Berthier, profesor de astronomía y astrofísica J. Xavier Prochaska, investigador postdoctoral Yen-Chen Pan, y estudiantes graduados Matthew Siebert, Cesar Rojas-Bravo y EniaXhakaj. Otros miembros del equipo incluyen a Maria Drout, Ben Shappee y Tony Piro en los Observatorios de la Carnegie Institution for Science; el astrónomo de UC Berkeley Daniel Kasen; y Armin Rest en el Space Telescope Science Institute.
Su equipo se llama Colaboración de un metro y dos hemisferios 1M2H porque usan dos telescopios de un metro, uno en cada hemisferio: el Telescopio de níquel en el Observatorio Lick de UC y el Telescopio Swope de Carnegie en Chile. El grupo UCSC esapoyado en parte por la National Science Foundation, la Fundación Gordon y Betty Moore, la Fundación Heising-Simons y la Fundación Kavli; becas para Foley y Ramírez-Ruiz de la Fundación David y Lucile Packard y para Foley de la Fundación Alfred P. Sloan; aProfesora de Niels Bohr para Ramírez-Ruiz de la Fundación Nacional de Investigación Danesa; y el Instituto UC para México y Estados Unidos UC MEXUS.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de California - Santa Cruz . Original escrito por Tim Stephens. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
Referencias de revistas :
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