Cuando el chorro escapa de la estrella colapsada, golpea un capullo de escombros estelares. Fuente: Ore Gottlieb/CIERA/Universidad del Noroeste
Hasta ahora, los astrofísicos solo han detectado ondas gravitacionales de sistemas binarios: fusiones de dos agujeros negros, dos estrellas de neutrones o una de ellas. Si bien los astrofísicos teóricamente deberían poder detectar ondas gravitacionales de una sola fuente no binaria, aún tienen que descubrir estas señales esquivas.
Ahora, los científicos de la Universidad Northwestern sugieren observar un lugar nuevo, inesperado y completamente inexplorado: los capullos de escombros turbulentos y energéticos que rodean a las estrellas masivas moribundas.
Por primera vez, los científicos han utilizado simulaciones de última generación para demostrar que estos capullos pueden emitir ondas gravitacionales. Y a diferencia de los chorros de los estallidos de rayos gamma, las ondas gravitacionales de los capullos deberían estar dentro de una banda de frecuencia que el Observatorio de ondas gravitacionales con interferómetro láser (LIGO) pueda detectar.
“Hasta el día de hoy, LIGO solo ha detectado ondas gravitacionales de binarios, pero algún día detectará la primera fuente no binaria de ondas gravitacionales”, dijo Ore Gottlieb de Northwestern, quien dirigió la investigación. “Los capullos son uno de los primeros lugares en los que debemos buscar este tipo de fuentes”.
Gottlieb presentará esta investigación en una rueda de prensa virtual en 242a reunión de la Sociedad Astronómica Americana. “Muerte estelar en chorro y turbulenta: nuevas fuentes de ondas gravitacionales detectables por LIGO” tendrá lugar el lunes 5 de junio a las 12:15 p.m. EDT, como parte de la sesión “Descubrimientos en galaxias distantes”.
Gottlieb es miembro de CIERA en el Centro para la Exploración e Investigación Astrofísica Interdisciplinaria (CIERA) en Northwestern. Los coautores del estudio de Northwestern incluyen a los profesores Vicky Kalogera y Alexander Tchekovskoy, los asociados postdoctorales Sharan Banagiri y Jonatan Jacquemin-Ide, y el estudiante graduado Nick Kaaz.
La nueva fuente era ‘imposible de ignorar’
Para realizar el estudio, Gottlieb y sus colegas utilizaron simulaciones de última generación para modelar el colapso de una estrella masiva. Cuando las estrellas masivas colapsan en agujeros negros, pueden crear poderosos flujos de salida (o chorros) de partículas que viajan a una velocidad cercana a la de la luz. Las simulaciones de Gottlieb modelaron este proceso, desde el momento en que una estrella colapsa en un agujero negro hasta que el chorro escapa.
Inicialmente, quería ver si el disco de acreción que se forma alrededor de un agujero negro podía emitir ondas gravitacionales detectables. Pero algo inesperado seguía surgiendo de sus datos.
“Cuando estaba calculando las ondas gravitacionales de la vecindad del agujero negro, encontré otra fuente que interfería con mis cálculos: el capullo”, dijo Gottlieb. “Intente ignorarlo. Pero me resultó imposible ignorarlo. Fue entonces cuando me di cuenta de que el capullo era una fuente interesante de ondas gravitacionales”.
Cuando los chorros chocan con las capas colapsadas de una estrella moribunda, se forma una burbuja o “capullo” alrededor del chorro. Los capullos son lugares turbulentos donde los gases calientes y los desechos se mezclan al azar y se expanden en todas direcciones desde la corriente. A medida que la burbuja energética se acelera desde el chorro, perturba el espacio-tiempo, creando ondas de ondas gravitacionales, explicó Gottlieb.
“El chorro despega en lo profundo de la estrella y luego perfora su salida”, dijo Gottlieb. “Es como perforar un agujero en la pared. El taladro giratorio golpea la pared y los escombros se derraman fuera de la pared. El taladro le da energía al material. De manera similar, el chorro perfora la estrella y hace que el material de la estrella se caliente. y se derraman. Estos desechos forman las capas calientes del capullo”.
Un llamado a la acción para echar un vistazo a los capullos
Si los capullos realmente generan ondas gravitacionales, LIGO debería poder detectarlas en las próximas ejecuciones, dijo Gottlieb. Los científicos generalmente han buscado ondas gravitacionales de una sola fuente a partir de estallidos de rayos gamma o supernovas, pero los astrofísicos dudan de que LIGO pueda detectarlas.
“Tanto los chorros como las supernovas son explosiones muy energéticas”, dijo Gottlieb. “Pero solo podemos detectar ondas gravitacionales de explosiones asimétricas de alta frecuencia. Las supernovas son más bien esféricas y simétricas, por lo que las explosiones esféricas no alteran la distribución equilibrada de masa en la estrella para emitir ondas gravitacionales. Los estallidos gamma duran decenas de segundos, por lo que la frecuencia es muy baja, más baja que la banda de frecuencia a la que LIGO es sensible”.
En cambio, Gottlieb les pide a los astrofísicos que redirijan su atención a los capullos que son asimétricos y altamente energéticos.
“Nuestro estudio es un llamado a la acción para que la comunidad considere los capullos como una fuente de ondas gravitacionales”, dijo. “También sabemos que los capullos emiten radiación electromagnética, por lo que podrían ser eventos de múltiples mensajes. Al estudiarlos, podríamos aprender más sobre lo que sucede en las partes más internas de las estrellas, las propiedades de los chorros y cómo ocurren en las explosiones estelares”.
El estudio se titula “Jet estelar y muerte turbulenta: nuevas fuentes de ondas gravitacionales detectables por LVK”.
Proporcionado por la Universidad de Northwestern