Imagine por un momento una esfera imposible de 20 kilómetros de diámetro, girando a 40.000 r.p.m. y deformando el espacio-tiempo a su alrededor. Esta usted ante una estrella de neutrones: un cadáver de lo que fue una estrella, que no brilla, en absoluto, y que es tan densa como un núcleo atómico. Los científicos adoran estudiarlas, porque son como un laboratorio natural de física extrema y porque son la última etapa de la vida de muchas estrellas. Pero observarlas es difícil, porque son pequeñas y no brillan. Sin embargo, esta semana los astrónomos han detectado lo que parece ser una colisión de dos de estas estrellas de neutrones.
El impacto, bautizado como GW190425, fue tan espectacular que creó un auténtico «maremoto» de ondas gravitacionales, unas distorsiones del espacio-tiempo capaces de cruzar el Universo a la velocidad de la luz, como si se tratase de las olas de una bañera agitada. Lo relevante en este caso es que es la segunda vez en que se ha detectado un choque de estas monstruosas esferas, después de una primera detección, en 2017, precisamente gracias a las ondas gravitacionales. Además, las observaciones, realizadas por el observatorio LIGO (de «Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory», en EEUU, sugieren que los científicos han encontrado una pareja de estrellas de neutrones inusualmente pesada o bien que están ante el choque de una estrella de neutrones con un agujero negro extrañamente pequeño. Estos avances se han publicado esta semana en Astrophysical Journal Letters.
«Lo más importante de esta investigación es que genera preguntas muy interesantes», ha explicado a este periódico Sascha Husa, científico de la Universidad de las Islas Baleares y miembro del consorcio de LIGO. «Si es una pareja de estrellas de neutrones, su masa es superior a lo esperado. Si uno de ellos es un agujero negro, se trata de uno especialmente pequeño, difícil de explicar con los modelos actuales. Ambas cosas son muy interesantes».
Escuchar el universo
La radiación emitida por las estrellas de neutrones, en ocasiones unos auténticos aceleradores de partículas que bombardean el espacio, ha permitido descubrir cientos de ellas. Pero las parejas son más inusuales y solo se han podido encontrar 17. Sin embargo, desde que en 2014 los astrónomos detectasen de forma directa, por primera vez, una onda gravitacional, los investigadores tienen un as en la manga: pueden «escuchar el cielo» y detectar las distorsiones del espacio-tiempo generadas en objetos lejanos. Es toda una nueva ventana al universo. Por ahora, se han localizado decenas de fusiones de agujeros negros, pero en cuestión de unos años habrá cientos de detecciones.
El pasado 25 de abril, el observatorio de LIGO, en Livingston, EEUU, captó una señal en el interior de sus túneles de cuatro kilómetros de largo: gracias a la técnica de la interferometría por láser, se detectó un cambio de longitud en los conductos, correspondiente a una ínfima deformación del espacio-tiempo. Por desgracia, en esta ocasión el segundo observatorio de LIGO, en Hanford, no estaba en funcionamiento, y el europeo Virgo no pudo intervenir, por lo que no se logró situar con precisión la posición de la fusión. Aun así, los astrónomos pudieron estimar la masa de dicha distorsión, con ayuda de refinados modelos matemáticos y de supercomputadores.
Un choque de 3,4 masas solares
Gracias a esto, se ha detectado una colisión de dos objetos que alcanzan las 3,4 masas solares y que ocurrió a más de 500 millones de años luz de la Tierra.
«Este evento es compatible con un sistema de dos estrellas de neutrones y confirma el hito de 2017, que marcó el comienzo de la astronomía de múltiples mensajeros», ha dicho en un comunicado Jo van den Brand, portavoz del consorcio de Virgo.
Gracias a esta astronomía de múltiples mensajeros se puede observar la radiación (infrarroja, ultravioleta, rayos X, etc) de un objeto a la vez que se detectan sus ondas gravitacionales, lo que es como poder ver algo a la vez que se escucha. Esto es clave para poder localizar cosas cuando están ocurriendo y para obtener información más diversa. En este campo, como se ha dicho, esto se logró por primera vez en 2017: «Junto a esa colisión, hubo un explosión de artículos científicos», ha dicho Husa.
Esta vez no se ha podido observar la radiación emitida por la colisión de estrellas de neutrones, pero incluso así, los datos obtenidos son muy interesantes: «Detectar las ondas gravitacionales de estas colisiones nos permite comprobar las predicciones de Einstein o estudiar cómo se producen los agujeros negros y las estrellas de neutrones», ha dicho Sascha Husa.
«Podemos comprender el ciclo de vida y muerte de las estrellas, del que, por cierto, depende nuestro ciclo de vida, porque las supernovas y las estrellas de neutrones producen muchos de los elementos químicos necesarios para los seres vivos». Y no solo eso: «Las ondas gravitacionales pueden ser aprovechadas para medir la tasa de expansión del universo», ha apuntado este investigador.
El brillante futuro de las ondas gravitacionales
En los próximos años, estas observaciones de fenómenos y objetos que nos parecen imposibles seguirán revelando cómo es el lugar en que vivimos. Este año, entrará en funcionamiento el observatorio de ondas gravitacionales japonés KAGRA. En 2022, LIGO finalizará una mejora y alcanzará su sensibilidad de diseño. Gracias a eso, se podrán detectar más colisiones de agujeros negros y estrellas de neutrones y será más fácil situarlas en el cielo para observar su radiación.
Además, según Husa, ya hay planes de mejora para que dentro de dos décadas entre en funcionamiento una tercera generación de observatorios, capaces de observar muchos más eventos, incluyendo fenómenos hipotéticos y otros que hoy no podemos ni imaginar. Ya en 2032, la Agencia Espacial Europea (ESA) tiene previsto lanzar la misión LISA para montar un observatorio de ondas gravitacionales en el espacio, con unos brazos de 2,5 millones de kilómetros de largo, y capaz de detectar la fusión de agujeros negros supermasivos.
