El observatorio XMM-Newton de la ESA captó el momento en que una emisión de rayos X, asociada a la primera detección de ondas gravitacionales tras una explosión de rayos gamma, dejó de aumentar.
El año pasado, este evento desencadenó una vasta campaña de seguimiento con telescopios terrestres y espaciales para estudiar las consecuencias de la fusión de estrellas de neutrones que dio lugar a la explosión. Las observaciones XMM-Newton de ESA abrieron nuevas interrogantes sobre la naturaleza de esta peculiar fuente.
Las ondas gravitacionales, predichas por la teoría general de la relatividad de Albert Einstein en 1918, son ondas en el tejido del espacio-tiempo causadas por la aceleración de objetos masivos como pares colisionantes de estrellas de neutrones o agujeros negros.
Estas fluctuaciones, que permanecieron esquivas durante un siglo después de la predicción, ahora se pueden detectar utilizando experimentos gigantes en el terreno como el interferómetro láser de onda gravitatoria (LIGO) en los Estados Unidos y el interferómetro virgo de Europa.
Después de una detección de ondas gravitacionales, los científicos movilizan una gran cantidad de instalaciones astronómicas basadas en el espacio y en el espacio para buscar una posible contraparte de las ondas a través del espectro electromagnético y aprender más sobre su origen.
Todos menos uno de los seis eventos de ondas gravitacionales que se han observado desde 2015 no tenían evidencia de una contraparte electromagnética, de acuerdo con el hecho de que se originaron de la fusión de agujeros negros, un fenómeno cósmico que no se espera que libere ninguna luz.
Esta es la razón por la que la primera detección de ondas gravitatorias junto con rayos gamma, el 17 de agosto de 2017, dio lugar a una sensación mundial, lanzando una campaña de observación que involucró observatorios en todo el mundo y en el espacio para seguir la evolución de este nunca antes visto fenómeno.
Los satélites de rayos gamma Fermi INTEGRAL y NASA de la ESA detectaron la explosión solo dos segundos después de que sus ondas gravitatorias pasaran por los detectores LIGO y Virgo, conectando la explosión de rayos gamma con la fuente de las ondas espaciotemporales causadas por la fusión de dos neutrones estrellas: remanentes densos que se forman al final de la vida de una estrella masiva.
Los científicos luego buscaron el resplandor de la explosión creada por la fusión de estrellas de neutrones, que esperaban observar en longitudes de onda más largas, desde los rayos X hasta las ondas de radio. Si bien la señal óptica se recibió aproximadamente medio día después de la detección original, transcurrieron no menos de nueve días para las primeras observaciones de este objeto en rayos X y ondas de radio.
El retraso de los rayos X y el brillo posterior de la radio contienen información sobre la geometría de la explosión, lo que sugiere que podría haber generado dos chorros simétricos y colimados, ninguno de los cuales, sin embargo, apuntaba hacia la Tierra.
Las observaciones de rayos X se realizaron con el Observatorio de rayos X Chandra de la NASA y otros telescopios espaciales. Chandra mantuvo un ojo en esta fuente durante los meses siguientes, registrando una tendencia cada vez mayor en su brillo de rayos X.
Debido a restricciones observacionales, XMM-Newton no pudo observar las secuelas de este choque cósmico durante los primeros cuatro meses después de su primera detección. Cuando finalmente lo hizo, el 29 de diciembre de 2017, el brillo de los rayos X parecía haber dejado de aumentar.
"Las observaciones de XMM-Newton tuvieron un muy buen momento", explica Paolo D'Avanzo de INAF - Osservatorio Astronomico di Brera, Italia.
D'Avanzo es el autor principal del artículo que informa los resultados, publicado este mes en Astronomy & Astrophysics.
"Al medir el mismo valor visto por Chandra a principios de ese mes, XMM-Newton proporcionó la primera evidencia de que la fuente había alcanzado su punto máximo de rayos X, y que su brillo incesante finalmente se había detenido", agrega. "Esto fue confirmado más tarde por otro equipo de científicos que siguen monitoreando la fuente con Chandra".
Los científicos esperaban que el brillo de los rayos X llegaría a su punto máximo después de unos pocos meses, ya que el material que había sido expulsado y calentado por la explosión se desaceleró lentamente en el medio interestelar circundante. La mayor evolución del sistema, sin embargo, aún podría tener algunas sorpresas en la tienda.
Si la explosión produjo dos chorros simétricos que no apuntan hacia la Tierra, como se deduce de las primeras observaciones, su salida de rayos X disminuirá rápidamente.
Pero existe otra posibilidad que podría explicar los datos obtenidos hasta ahora: la explosión también podría haber sucedido como una "bola de fuego" esférica, sin chorros, pero con una energía mucho menor. En este caso, el brillo de rayos X disminuiría a un ritmo más lento después del pico.
"Estamos ansiosos por ver cómo se comportará esta fuente en los próximos meses, ya que nos dirá si estamos mirando fuera del eje en un estallido de rayos gamma, como pensamos hasta ahora, o presenciando un fenómeno diferente", dice. D'Avanzo.
"Esta observación, coincidentemente oportuna, nos lleva un paso más cerca de comprender la naturaleza de esta fuente única", dice Norbert Schartel, científico del proyecto XMM-Newton de la ESA.
En lo que los científicos llaman un enfoque de múltiples mensajes, las observaciones a través del espectro electromagnético son clave para estudiar en profundidad esta y otras fuentes similares de ondas gravitacionales que serán descubiertas en los próximos años por LIGO y Virgo.
Los dos experimentos de ondas gravitacionales comenzarán sus observaciones nuevamente, con una sensibilidad mejorada, a principios de 2019, mientras que la misión futura de ESA, LISA, la Antena Espacial Interferómetro Láser, que observará ondas gravitacionales de frecuencia más baja desde el espacio, está planeada para su lanzamiento en 2034 .
