Somos polvo de estrellas de neutrones

Recreación artística de dos estrellas de neutrones en el momento de su fusión. La cuadrícula muestra las perturbaciones en el espacio-tiempo y los haces de luz estrechos, los estallidos de rayos gamma. /NSF/LIGO
Recreación artística de dos estrellas de neutrones en el momento de su fusión. La cuadrícula muestra las perturbaciones en el espacio-tiempo y los haces de luz estrechos, los estallidos de rayos gamma. / NSF/LIGO

Ven por primera vez en ondas gravitacionales y luz la fusión de dos astros de ese tipo a 130 millones de años luz. La colisión provocó un estallido de rayos gamma que podría haber acabado con la vida en la Tierra de haber ocurrido cerca

LUIS ALFONSO GÁMEZ

Estamos hechos de polvo de estrellas, como contaba el astrofísico Carl Sagan en la serie de televisión ‘Cosmos’. Según un estudio publicado en enero, hasta el 97% de los elementos químicos de nuestro cuerpo se cocinaron en estrellas que al morir en explosiones los diseminaron por el espacio. Luego, esos elementos pasaron a formar planetas y, en el caso de la Tierra, seres vivos. Ahora, gracias a la observación de un fenómeno antes nunca visto, los científicos han descubierto que gran parte de los elementos de nuestro cuerpo más pesados que el hierro –como el plomo y el oro– se produjeron en colisiones de estrellas de neutrones. «Por lo menos, la mitad», apunta Alberto Castro-Tirado, investigador del Instituto de Astrofísica de Andalucía (IAA-CSIC). Es uno de los hallazgos derivados de la observación por primera vez en ondas gravitacionales y luz de la fusión de dos estrellas de neutrones, un hito en el que han participado centenares de científicos y que inaugura una nueva era en la observación del Universo.

El logro, del que dan cuenta varios artículos en las revistas ‘Physical Review Letters’, 'Science' y ‘Nature’, se acaba de hacer público en ruedas de prensa simultáneas en Washington, Madrid, París y Garching (Alemania). La aportación española ha incluido a investigadores del IAA-CSIC y del Instituto de Astrofísica de Canarias (IAC) en el espectro electromagnético y a científicos de las universidades de Valencia y de las Islas Baleares en lo que se refiere a las ondas gravitacionales. El rumor de un ‘notición’ circulaba desde hace días entre los astrofísicos, pero tanto las revistas científicas como los investigadores implicados han puesto especial celo en guardar el secreto de lo que se considera un avance histórico: la visión simultánea en ondas gravitacionales y radiación electromagnética del choque de dos estrellas de neutrones en una galaxia cercana.

Una nueva era

Albert Einstein predijo en 1915, en el marco de la teoría de la relatividad general, que un suceso cósmico muy violento generaría ondas gravitacionales –perturbaciones en el espacio-tiempo– que, como las del agua en un estanque en el que cae una piedra, se propagarían por el Universo. Su detección, el 14 de septiembre de 2015, mereció los últimos premios Nobel de Física y Princesa de Asturias de Investigación. Desde hace dos años, los dos detectores estadounidenses LIGO y el italiano Virgo han captado ondas gravitacionales en cinco ocasiones, cuatro vinculadas a la fusión de dos agujeros negros y esta última, la primera que se localiza en el cielo y posibilita su observación en ondas electromagnéticas. «Marca el inicio de una nueva era de descubrimientos que promete ofrecer respuestas a preguntas fundamentales en astrofísica relativista, física nuclear y la naturaleza de la gravitación. Es revolucionaria», según José Antonio Font, científico de la Universidad de Valencia que ha participado en la investigación. «Es un hallazgo espectacular», coincide Castro-Tirado. «Abre la ventana de una largamente esperada astronomía de multimensajeros», ha dicho David H. Reitze, de Caltech y director ejecutivo de LIGO.

Todo comenzó hace 130 millones de años, en tiempos de los dinosaurios. En una galaxia cercana, NGC 4993, se fusionaron dos estrellas de neutrones que posiblemente llevaban miles de millones de años orbitando alrededor de su centro común de masas. Las estrellas de neutrones son las más pequeñas y densas conocidas. Se forman cuando otras más masivas explotan en forma de supernova, dejando un pequeño y compacto cadáver. Una estrella de neutrones tiene unos 20 kilómetros de diámetro y es tan densa que una cucharadita de su materia puede pesar mil millones de toneladas. La fusión de las dos de NGC 4993 –de 1,1 y 1,6 masas solares– provocó ondas gravitacionales, un corto estallido de rayos gamma (GRB) y una kilonova, una explosión estelar a medio camino entre una nova y una supernova. «Salió eyectado hacia el espacio el equivalente a entre 0,2 y 0,5 masas solares de materia, y las dos estrellas se fusionaron en un solo objeto más masivo», indica el investigador del IAA-CSIC.

Como el suceso ocurrió a 130 millones de años luz de nosotros, las ondas gravitacionales y la luz tardaron todo ese tiempo en llegar hasta la Tierra, donde fueron detectadas a las 14.41 horas del 17 de agosto por LIGO y Virgo. «La naturaleza ha vuelto a ser muy generosa con nosotros al situar este evento excepcional a una distancia notablemente cercana a la Tierra justo antes de que acabase este segundo periodo de observación de LIGO-Virgo avanzado y en el momento en que había tres detectores de la red en operación permitiendo localizar la fuente precisa», dijo ayer en Madrid la física Alicia Sintes, de la Universidad de las Islas Baleares, que persigue a las ondas gravitaciones desde hace más de 25 años. «Nos traen información de los eventos más exóticos y catastróficos que han ocurrido en el Universo».

Las explosiones más violentas

Dos segundos después de la detección de la ondulaciones en el espacio-tiempo, el telescopio espacial ‘Fermi’ y el satélite ‘Integral’ registraban un corto estallido de rayos gamma procedente del mismo punto del cielo. Inmediatamente, la comunidad astrofísica empezó a apuntar sus telescopios hacia el foco de las ondas gravitacionales y el RGB, situado en la constelación de Hidra. Durante semanas, 70 instalaciones astronómicas terrestres y espaciales observaron la fusión de las dos estrellas de neutrones en otras formas de radiación electromagnética: radio, infrarrojo, luz visible, ultravioleta y rayos X.

«Desde España fue imposible verlo porque estaba muy bajo en el horizonte. Pero el telescopio robótico español BOOTES-5 Javier Gorosabel, que está en México, nos permitió estudiar el fenómeno durante quince días desde el ultravioleta hasta el infrarrojo cercano», explica Castro-Tirado, investigador principal del proyecto BOOTES. El observatorio español de Baja California lleva el nombre del astrofísico eibarrés Javier Gorosabel, que murió en 2015, a los 45 años, víctima de un tumor cerebral y tanto en el IAA-CSIC como en la Universidad del País Vasco se dedicó al estudio de los GRB.

Los estallidos de rayos gamma son las explosiones más violentas del Universo. Una cercana podría acabar con la vida en la Tierra. Por fortuna, aunque se originó cerca a escala cósmica, la provocada por la colisión de las dos estrellas de neutrones de NGC 4993 tuvo lugar a una distancia segura. «Para ser dañina, tendría que ocurrir a menos de 10.000 años luz. Sabemos que a esa distancia hay al menos cuatro parejas de estrellas de neutrones que acabarán así, pero será dentro de muchos millones de años», asegura el astrofísico del IAA-CSIC. Las RGB eran hasta ahora un enigma. La explosión detectada confirma que algunas están causadas por choques de estrellas neutrones, tal como se había teorizado, pero ha surgido un nuevo misterio. «La ráfaga fue sorprendentemente débil para lo cerca que ocurrió. Es posible que se deba a que no estaba dirigida hacia nosotros», especula Castro-Tirado.

Todos los elementos químicos se formaron en etapas muy próximas al Big Bang, que ocurrió hace unos 13.700 millones de años, o bien en el interior de estrellas o en sus explosiones. El origen de la mitad de los elementos más pesados que el hierro no estaba claro. Aunque en un principio se pensaba en las supernovas, últimamente los científicos se inclinaban por las fusiones de estrellas de neutrones. La colisión de las dos de NGC 4993 ha revelado que ese tipo de eventos son la principal fuente de elementos pesados. Somos polvo de estrellas de neutrones.

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