Telescopios de ESO observan la primera luz de una fuente de ondas gravitacionales. Estrellas de neutrones fusionándose dispersan oro y platino en el espacio

Una batería de telescopios de ESO, en Chile, ha detectado la primera contraparte visible de una fuente de ondas gravitacionales. Estas observaciones históricas sugieren que este objeto único es el resultado de una fusión de dos estrellas de neutrones. Las secuelas cataclísmicas de este tipo de fusión — eventos predichos hace mucho y llamados kilonovas — dispersan en el universo elementos pesados como el oro y el platino. Este descubrimiento, publicado en varios artículos en la revista Nature y en otras publicaciones, también ofrece la evidencia más sólida obtenida hasta ahora de que los estallidos de rayos gamma de corta duración son generados por la fusión de estrellas de neutrones.


Por primera vez, los astrónomos han observado tanto ondas gravitacionales como luz (radiación electromagnética) procedentes del mismo evento gracias a un esfuerzo de colaboración global y a una rápida reacción tanto de las instalaciones de ESO como de otras instalaciones internacionales.


El 17 de agosto de 2017, LIGO (Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory, observatorio de ondas gravitacionales de interferómetro láser), de la NSF e instalado en los Estados Unidos, junto con el Interferómetro VIRGO, en Italia, detectaron ondas gravitacionales  pasando por la Tierra. Este evento, el quinto detectado de su tipo, fue bautizado como GW170817. Unos dos segundos más tarde, dos observatorios espaciales, Fermi (Fermi Gamma-ray Space Telescope, telescopio espacial de rayos gamma) de la NASA,  e INTEGRAL (INTErnational Gamma Ray Astrophysics Laboratory, laboratorio de astrofísica de rayos gamma internacional) de la ESA, detectaron un estallido de rayos gamma corto en la misma zona del cielo.


La red del observatorio avanzado LIGO-Virgo ubicó la fusión dentro de una gran región del cielo austral, del tamaño de varios cientos de lunas llenas, que contiene millones de estrellas [1]. A medida que caía la noche sobre Chile, muchos telescopios estudiaron detenidamente esa zona del cielo en busca de nuevas fuentes. Eso incluyó a los telescopios VISTA (Visible and Infrared Survey Telescope for Astronomy) y al telescopio de sondeo del VLT (VST), ambos en el Observatorio Paranal, el telescopio italiano REM (Rapid Eye Mount), en el Observatorio la Silla de ESO, el Telescopio de 0.4 metros LCO, en el Observatorio Las Cumbres, y el americano DECcam, en el Observatorio Interamericano de Cerro Tololo. El primero en anunciar que había visto un nuevo punto de luz fue el Telescopio Swope de 1 metro. Apareció muy cerca de NGC 4993, una galaxia lenticular en la constelación de Hidra, y las observaciones de VISTA señalaron claramente esta fuente en longitudes de onda infrarrojas casi al mismo tiempo. Dado que la noche se movía hacia el oeste, los telescopios de la isla de Hawái Pan-STARRS y Subaru también la captaron y observaron su rápida evolución.


"Hay ocasiones excepcionales en las que, quienes nos dedicamos a la ciencia, tenemos la oportunidad de presenciar el principio de una nueva era", afirmó Elena Pian, astrónoma del INAF (Italia) y autora principal de uno de los artículos de la revista Nature. "¡Esta es una de ellas!".


ESO puso en marcha uno de las mayores campañas de observación de “eventos impredecibles” (ToO, Target of Opportunity, en inglés) jamás creadas y muchos telescopios, tanto de ESO como de colaboradores de ESO,  observaron el objeto durante las semanas que siguieron a la detección [2]. El VLT (Very Large Telescope) de ESO, el NTT (New Technology Telescope), el VST (VLT Survey Telescope), el Telescopio MPG/ESO de 2,2 metros y ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array) [3], todos observaron el evento y sus efectos en una amplia gama de longitudes de onda. Unos 70 observatorios de todo el mundo observaron también este evento, incluyendo el Telescopio Espacial Hubble de NASA/ESA.


Las estimaciones de distancia de los datos recogidos tanto en ondas gravitacionales como en las demás observaciones concuerdan con que GW170817 está a la misma distancia que NGC 4993, a unos 130 millones años luz de la Tierra. Esto hace que la fuente sea tanto el evento de ondas gravitacionales como la explosión de rayos gamma más cercanos detectados hasta ahora [4].


Las ondas en el espacio-tiempo, conocidas como ondas gravitacionales, son creadas por  masas en movimiento, pero, actualmente,  sólo pueden detectarse las más intensas, generadas por los rápidos cambios de velocidad de objetos muy masivos. Un evento de este tipo es la fusión de estrellas de neutrones, núcleos extremadamente densos de estrellas muy masivas que colapsan tras explotar como supernovas [5]. Hasta ahora, estas fusiones han sido la principal hipótesis para explicar los estallido de rayos gamma cortos. Se espera que, a este tipo de evento, le siga un evento explosivo (conocido como kilonova) 1.000 veces más brillante que la típica nova.


Las detecciones casi simultáneas de las ondas gravitacionales y los rayos gamma de GW170817 hace que se tengan esperanzas de que este objeto sea un ejemplar de la tan buscada kilonova, y las observaciones llevadas a cabo con instalaciones de ESO han revelado propiedades notablemente cercanas a las predicciones teóricas. Hace más de 30 años que se postuló la existencia de las kilonovas, pero esta es la primera observación confirmada.


Tras la fusión de dos estrellas de neutrones, una explosión de elementos químicos pesados radiactivos de rápida expansión se alejó de la kilonova a una quinta parte de la velocidad de la luz. El color de la kilonova cambió de muy azul a muy roja durante los días posteriores, el cambio más rápido observado en explosiones estelares.


"Cuando el espectro apareció en nuestras pantallas me di cuenta de que se trataba del evento transitorio más inusual que había visto nunca”, comentó Stephen Smartt, quien dirigió las observaciones con el NTT de ESO como parte del programa de observación ePESSTO (Public ESO Spectroscopic Survey of Transient Objects, sondeo espectroscópico de objetos transitorios público de ESO). "Nunca había visto nada igual. Nuestros datos, junto con los de otros grupos, demostraron a todos que esto no era una supernova o una estrella variable de primer plano, sino algo mucho más extraordinario".


Los espectros de ePESSTO y del instrumento X-shooter, instalado en el VLT, sugieren la presencia de cesio y telurio expulsado de las estrellas de neutrones en fusión. Estos y otros elementos pesados, producidos durante la fusión de las estrellas de neutrones, serían lanzados al espacio por la posterior kilonova. Estas observaciones enlazan la formación de elementos más pesados que el hierro mediante reacciones nucleares dentro de objetos estelares de alta densidad, conocidos como proceso r de captura neutrónica, algo que hasta ahora solo se había teorizado.


"Los datos que tenemos hasta ahora encajan de forma increíble con la teoría. Es un triunfo para los teóricos, una confirmación de que los eventos de LIGO-VIRGO son absolutamente reales y un logro para ESO por haber reunido un sorprendente conjunto de datos sobre la kilonova", añade Stefano Covino, autor principal de uno de los artículos para la revista Nature Astronomy.


Andrew Levan, autor principal de uno de los artículos, concluye, "La gran fuerza de ESO es que tiene una amplia gama de telescopios e instrumentos para hacer frente a grandes y complejos proyectos astronómicos, incluso para eventos impredecibles y con cortos plazos de tiempo. ¡Hemos entrado en una nueva era de la astronomía multimensajero!".

Notas


[1] La detección de LIGO–Virgo localizó la fuente en un área del cielo de unos 35 grados cuadrados.


[2] La galaxia sólo es observable en agosto al atardecer y, por aquel entonces, estaba demasiado cerca del Sol en el cielo para poder ser observada en septiembre.


[3] En el VLT, las observaciones se hicieron con el espectrógrafo X-shooter, instalado en la Unidad de Telescopio 2 (UT2); FORS2 (Focal Reducer and low dispersión Spectrograph 2) y CONICA (Nasmyth Adaptive Optics System (NAOS) – Near-Infrared Imager and Spectrograph (CONICA) (NACO), en la Unidad de Telescopio 1 (UT1); VIMOS (VIsible Multi-Object Spectrograph ) y VISIR (VLT Imager and Spectrometer for mid-Infrared), instalados en la Unidad de Telescopio 3 (UT3); y MUSE (Multi Unit Spectroscopic Explorer) y HAWK-I (High Acuity Wide-field K-band Imager) en la Unidad de Telescopio 4 (UT4). El VST observe usando la cámara  OmegaCAM y VISTA observó con VIRCAM (VISTA InfraRed CAMera). A través del programa ePESSTO, el NTT recogió espectros visibles con el espectrógrafo EFOSC2 (ESO Faint Object Spectrograph and Camera 2 y espectros infrarrojos con el espectrógrafo SOFI (Son of ISAAC).  El Telescopio MPG/ESO de 2,2 metros observó usando el instrumento GROND (Gamma-ray Burst Optical/Near-infrared Detector).


[4] La distancia comparativamente pequeña entre la Tierra y la fusión de estrellas de neutrones, 130 millones de años luz, hizo posibles las observaciones, ya que la fusión de estrellas de neutrones crea ondas gravitacionales más débiles que la fusión de agujeros negros, que fue probablemente el caso en las primeras cuatro detecciones de ondas gravitacionales.


[5] Cuando dos estrellas de neutrones se orbitan mutuamente en un sistema binario, pierden energía emitiendo ondas gravitacionales. Se van acercando hasta que, cuando finalmente se encuentran, parte de la masa del remanente estelar se convierte en energía en un violento estallido de ondas gravitacionales, tal como describe la famosa ecuación de Einstein E=mc2.

Información adicional


Esta investigación fue presentada en una serie de artículos científicos que aparecen en las revistas Nature, Nature Astronomy y Astrophysical Journal Letters.

Ilustración de una fusión de estrellas de neutrones


Esta ilustración muestra a dos pequeñas, pero muy densas, estrellas de neutrones en el punto en el que se fusionan y explotan como una kilonova. Se espera que un evento tan excepcional produzca ondas gravitacionales y un estallido de rayos gamma cortos, y ambos se observaron el 17 de agosto de 2017 con LIGO-Virgo y Fermi/INTEGRAL respectivamente. Posteriores observaciones detalladas con muchos telescopios de ESO confirmaron que este objeto, visto en la galaxia NGC 4993, situada a unos de 130 millones años luz de la Tierra, es de hecho un kilonova. Este tipo de objetos son la fuente principal de elementos químicos muy pesados (como oro y platino) en el universo.

Crédito:

ESO/L. Calçada/M. Kornmesser

Imagen de VIMOS de la galaxia NGC 4993, mostrando la contraparte en luz visible de la fusión de una pareja de estrellas de neutrones

Esta imagen del instrumento VIMOS, instalado en el VLT (Very Large Telescope) de ESO en el Observatorio Paranal, en Chile, muestra la galaxia NGC 4993, situada a unos 130 millones años luz de la Tierra. La galaxia en sí no es inusual, pero contiene algo nunca antes visto, las secuelas de la explosión de un par estrellas de neutrones que se han fusionado, un raro acontecimiento llamado kilonova (puede verse encima y ligeramente a la izquierda del centro de la galaxia). Esta fusión también produce ondas gravitacionales y rayos gamma, los cuales fueron detectados por LIGO-Virgo y Fermi/INTEGRAL respectivamente.

Crédito:

ESO/A.J. Levan, N.R. Tanvir

Composición de imágenes de NGC 4993 y de la kilonova con numerosos instrumentos de ESO

Esta composición muestra imágenes de la galaxia NGC 4993 de varios telescopios e instrumentos diferentes de ESO. Todos ellos revelan una fuente débil de luz cerca del centro. Se trata de una kilonova, la explosión resultante de la fusión de dos estrellas de neutrones. Esta fusión produce ondas gravitacionales, detectadas por LIGO-Virgo, y rayos gamma, detectados por Fermi e INTEGRAL en el espacio.

Crédito:

VLT/VIMOS. VLT/MUSE, MPG/ESO 2.2-metre telescope/GROND, VISTA/VIRCAM, VST/OmegaCAM

Imagen de VLT/MUSE de la galaxia NGC 4993 y la kilonova

Esta imagen del instrumento de MUSE, instalado en el VLT (Very Large Telescope) de ESO en el Observatorio Paranal, en Chile, muestra la galaxia NGC 4993, situada a unos 130 millones años luz de la Tierra. La galaxia en sí no es inusual, pero contiene algo nunca antes visto, las secuelas de la explosión de un par estrellas de neutrones que se han fusionado, un raro acontecimiento llamado kilonova (puede verse encima y ligeramente a la izquierda del centro de la galaxia). Esta fusión también produce ondas gravitacionales y rayos gamma, los cuales fueron detectados por LIGO-Virgo y Fermi/INTEGRAL respectivamente. Creando también un espectro para cada parte del objeto, MUSE nos permite ver la brillante emisión procedente del gas, que aquí aparece en rojo, y revela una sorprendente estructura espiral.

Crédito:

ESO/J.D. Lyman, A.J. Levan, N.R. Tanvir

Mosaico de imágenes de VISTA de NGC 4993 mostrando a la cambiante kilonova

Este mosaico muestra cómo la kilonova de NGC 4993 se iluminó, fue cambiando su color hacia un rojo más intenso y luego se desvaneció en las semanas posteriores al estallido del 17 de agosto de 2017. Estas imágenes fueron obtenidas con el telescopio de rastreo infrarrojo VISTA, en el Observatorio Paranal de ESO, en Chile.

Crédito:

ESO/N.R. Tanvir, A.J. Levan and the VIN-ROUGE collaboration

Curva de luz de la kilonova de NGC 4993

Este diagrama muestra cómo cambió el brillo de la kilonova en la galaxia NGC 4993 al medirla a través de filtros de diferentes colores. En luz azul, el objeto desapareció rápidamente, pero en longitudes de onda más largas, en la parte del infrarrojo cercano del espectro, se iluminó un poco y luego se desvaneció mucho más despacio. Como resultado, este objeto había cambiado de color: de muy azul a muy rojo a lo largo de un período que duró cuatro semanas.

Crédito:

Tanvir et al.

Los cambios de brillo y color en la kilonova observada en NGC 4993

Este diagrama muestra cómo el espectro y el brillo de la kilonova detectada en la galaxia NGC 4993 cambiaron durante 12 días, tras la detección de ondas gravitacionales del 17 de agosto de 2017. En luz azul, el objeto desapareció rápidamente, pero en longitudes de onda más largas, en la parte del infrarrojo cercano del espectro, se iluminó un poco y luego se desvaneció mucho más despacio. Como resultado, este objeto había cambiado de color: de muy azul a muy rojo a lo largo de este período. Cada línea está marcada con el número de días desde la explosión y el eje horizontal es el color de la luz, del ultravioleta al infrarrojo cercano. Los colores de las líneas indican el color general del objeto en distintos momentos.

Crédito:

Tanvir et al.

Imagen de GROND de la kilonova de NGC 4993

Imagen obtenida por GROND (ESO's Gamma-ray Burst Optical/Near-infrared Detector, detector de estallidos de rayos gamma en el óptico y el infrarrojo cercano de ESO), instalado en el Telescopio MPG/ESO de 2,2 metros, en el Observatorio La Silla.

Crédito:

ESO/S. Smartt & T.-W. Chen

Imagen de DSS del área de NGC 4993

Esta imagen de amplio campo generada a partir del sondeo DSS2 (Digitized Sky Survey 2) muestra el cielo alrededor de la galaxia NGC 4993. Esta galaxia albergó la fusión de dos estrellas de neutrones, que llevó a la detección de ondas gravitacionales, una explosión de rayos gamma cortos y una identificación óptica de un evento kilonova.

Crédito:

ESO and Digitized Sky Survey 2

Montaje del espectro de la kilonova de NGC 4993 obtenido por X-shooter

Este montaje de espectros tomados con el instrumento X-shooter, instalado en el VLT (Very Large Telescope) de ESO muestra el comportamiento cambiante de la kilonova de la galaxia NGC 4993 durante un período de 12 días después de la explosión, detectada el 17 de agosto de 2017. Cada espectro cubre una gama de longitudes de onda que va del ultravioleta cercano al infrarrojo cercano y revela cómo el objeto se volvió más rojo y se desvaneció.

Crédito:

ESO/E. Pian et al./S. Smartt & ePESSTO

Imagen de VIMOS de la galaxia NGC 4993, mostrando la contraparte en luz visible de la fusión de una pareja de estrellas de neutrones (con anotaciones)

Esta imagen del instrumento VIMOS, instalado en el VLT (Very Large Telescope) de ESO en el Observatorio Paranal, en Chile, muestra la galaxia NGC 4993, situada a unos 130 millones años luz de la Tierra. La galaxia en sí no es inusual, pero contiene algo nunca antes visto, las secuelas de la explosión de un par estrellas de neutrones que se han fusionado, un raro acontecimiento llamado kilonova (señalada con una flecha). Esta fusión también produce ondas gravitacionales y rayos gamma, los cuales fueron detectados por LIGO-Virgo y Fermi/INTEGRAL respectivamente.

Crédito:

ESO

La galaxia NGC 4993 en la constelación Hidra

Este mapa muestra la extensa constelación de Hidra (la serpiente marina), la constelación más grande y más larga en el cielo. La mayoría de las estrellas que se muestran, pueden verse a simple vista en una noche despejada. El círculo rojo señala la posición de la galaxia NGC 4993, que se hizo famosa en agosto de 2017 por ser el lugar en el que se observó la primera fuente de ondas gravitacionales que también pudo identificarse en luz visible, la kilonova GW170817. Con un telescopio para aficionados grande, NGC 4993 puede verse como una mancha muy tenue.

Crédito:

ESO, IAU and Sky & Telescope

Imagen de la kilonova de NGC 4993 obtenida con el VST

Esta imagen del telescopio VST de ESO en el Observatorio Paranal, en Chile, muestra la galaxia NGC 4993, situada a unos 130 millones años luz de la Tierra. La galaxia en sí no es inusual, pero contiene algo nunca antes visto, las secuelas de la explosión de un par estrellas de neutrones que se han fusionado, un raro acontecimiento llamado kilonova (puede verse encima y ligeramente a la izquierda del centro de la galaxia). Esta fusión también produce ondas gravitacionales y rayos gamma, los cuales fueron detectados por LIGO-Virgo y Fermi/INTEGRAL respectivamente.

Crédito:
ESO/A. Grado

El Hubble observa la primera kilonova

El 17 de agosto de 2017, LIGO (Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory, observatorio de ondas gravitacionales de interferómetro láser) y el interferómetro Virgo detectaron la colisión entre dos estrellas de neutrones. En un plazo de 12 horas, los  observatorios identificaron la fuente del evento dentro de la galaxia lenticular NGC 4993, mostrada en esta imagen junto con el telescopio espacial de Hubble de NASA/ESA. La llamarada estelar asociada, una kilonova, es claramente visible en las observaciones del Hubble. Esta es la primera vez que se observa la contrapartida óptica de un evento de ondas gravitacionales.

Hubble observó cómo la kilonova desaparecía gradualmente en el transcurso de seis días, tal y como se muestra en estas observaciones tomadas entre el 22 y el 28 de agosto (en los recuadros).

Crédito:

NASA and ESA. Acknowledgment: N. Tanvir (U. Leicester), A. Levan (U. Warwick), and A. Fruchter and O. Fox (STScI)

Cobertura del espectro por parte de los instrumentos de ESO utilizados para observar la galaxia NGC 4993

Este diagrama muestra la cobertura de las diferentes longitudes de onda de los instrumentos de ESO utilizados para estudiar la explosión de kilonova en NGC 4993.

Crédito:

ESO

Ilustración de una explosión de kilonova

La fusión de dos estrellas de neutrones produce una violenta explosión que se conoce como kilonova. Se espera que un evento de este tipo expulse elementos químicos pesados al espacio. Esta foto muestra algunos de estos elementos, junto con sus números atómicos.

Crédito:

ESO/L. Calçada/M. Kornmesser

Ilustración de estrellas de neutrones fusionándose

Esta concepción artística muestra a dos pequeñas, pero muy densas, estrellas de neutrones en el punto en el que se fusionan y explotan como una kilonova. Se espera que un evento tan excepcional produzca ondas gravitacionales y un estallido de rayos gamma cortos, y ambos se observaron el 17 de agosto de 2017 con LIGO-Virgo y Fermi/INTEGRAL respectivamente. Posteriores observaciones detalladas con muchos telescopios de ESO confirmaron que este objeto, visto en la galaxia NGC 4993, situada a unos de 130 millones años luz de la Tierra, es de hecho un kilonova. Este tipo de objetos son la fuente principal de elementos químicos muy pesados (como oro y platino) en el universo.

Crédito:

ESO/L. Calçada/M. Kornmesser

Composición de imágenes de la galaxia NGC 4993 y la kilonova

Esta composición muestra imágenes de la galaxia NGC 4993 y una explosión de kilonova resultante de la fusión de dos estrellas de neutrones.

Crédito:
ESO/N.R. Tanvir, A.J. Levan and the VIN-ROUGE collaboration

Ilustración de una fusión de estrellas de neutrones

Esta concepción artística muestra a dos pequeñas, pero muy densas, estrellas de neutrones en el punto en el que se fusionan y explotan como una kilonova. Se espera que un evento tan excepcional produzca ondas gravitacionales y un estallido de rayos gamma cortos, y ambos se observaron el 17 de agosto de 2017 con LIGO-Virgo y Fermi/INTEGRAL respectivamente. Posteriores observaciones detalladas con muchos telescopios de ESO confirmaron que este objeto, visto en la galaxia NGC 4993, situada a unos de 130 millones años luz de la Tierra, es de hecho un kilonova. Este tipo de objetos son la fuente principal de elementos químicos muy pesados (como oro y platino) en el universo.

Crédito:

University of Warwick/Mark Garlick

Virgo ayuda a localizar señales de ondas gravitacionales

Esta concepción artística muestra a dos pequeñas, pero muy densas, estrellas de neutrones en el punto en el que se fusionan y explotan como una kilonova. Se espera que un evento tan excepcional produzca ondas gravitacionales y un estallido de rayos gamma cortos, y ambos se observaron el 17 de agosto de 2017 con LIGO-Virgo y Fermi/INTEGRAL respectivamente. Posteriores observaciones detalladas con muchos telescopios de ESO confirmaron que este objeto, visto en la galaxia NGC 4993, situada a unos de 130 millones años luz de la Tierra, es de hecho un kilonova. Este tipo de objetos son la fuente principal de elementos químicos muy pesados (como oro y platino) en el universo.

Crédito:

LIGO/Virgo/NASA/Leo Singer/Axel Mellinger

GW170817: un evento astronómico global

Mapa de los cerca de 70 observatorios que observaron la luz detectada del evento de onda gravitacional llamado GW170817. El 17 de agosto, los detectores LIGO y Virgo localizaron ondas gravitacionales procedentes de dos estrellas de neutrones chocando. Telescopios de todo el mundo que usan el espectro electromagnético como fuente de información, incluyendo siete telescopios de ESO, observaron las consecuencias de la colisión durante las horas, días y semanas siguientes. Los telescopios de ESO fueron fundamentales para ayudar a precisar la ubicación de las estrellas de neutrones e identificar signos de elementos pesados, como el oro, en el material expulsado tras la colisión.

Crédito:

LIGO-Virgo

Colisión cataclísmica

Concepción artística de la fusión de estrellas de neutrones. La red ondulada de espacio-tiempo representa las ondas gravitacionales que viajan desde la colisión, mientras que los rayos estrechos muestran las explosiones de rayos gamma que se disparan hacia fuera justo unos pocos segundos después de las ondas gravitacionales. La nubes arremolinadas de material expulsado desde las estrellas fusionadas también están representadas. Las nubes brillan en el rango visible y en otras longitudes de onda de la luz.

Crédito:

NSF/LIGO/Sonoma State University/A. Simonnet


VIDEOS  .

ESOcast 133: Telescopios de ESO observan la primera luz de una fuente de ondas gravitacionales


Utilizando una batería de telescopios de ESO, en Chile, un equipo de astrónomos ha detectado la primera contraparte visible de una fuente de ondas gravitacionales: una kilonova fruto de la fusión de dos estrellas de neutrones.

Crédito:

ESO.

Directed by: Herbert Zodet.
Editing: Herbert Zodet.
Web and technical support: Mathias André and Raquel Yumi Shida.
Music: STAN DART (www.stan-dart.com)/Mark Dorricott (https://soundcloud.com/markd54321).
Written by: Izumi Hansen, Rosa Jesse and Richard Hook.
Narration: Sara Mendes da Costa.
Footage and photos: ESO, LIGO-Virgo, N.R. Tanvir, A.J. Levan and the VIN-ROUGE collaboration, E. Pian et al./S. Smartt & ePESSTO, L. Calçada, M. Kornmesser, N. Risinger (skysurvey.org), Digitized Sky Survey 2, Stéphane Guisard (www.eso.org/~sguisard), Liam Young/Unknown Fields, Y.Beletsky (LCO), J. Colosimo, Alexandre Santerne (Instituto de Astrofísica e Ciências do Espaço, Universidade do Porto) / Planetário do Porto - Centro Ciência Viva, P. Aniol, Gianluca Lombardi (glphoto.it), B. Tafreshi (twanight.org) and C. Malin (christophmalin.com).
Executive producer: Lars Lindberg Christensen.

Animación de una fusión de estrellas de neutrones que acaba con la explosión de una kilonova

Esta animación muestra cómo dos pequeñas, pero muy densas, estrellas de neutrones, se fusionan y explotan como una kilonova. Se espera que un evento tan excepcional produzca ondas gravitacionales y un estallido de rayos gamma cortos, y ambos se observaron el 17 de agosto de 2017 con LIGO-Virgo y Fermi/INTEGRAL respectivamente. Posteriores observaciones detalladas con muchos telescopios de ESO confirmaron que este objeto, visto en la galaxia NGC 4993, situada a unos de 130 millones años luz de la Tierra, es de hecho un kilonova. Este tipo de objetos son la fuente principal de elementos químicos muy pesados (como oro y platino) en el universo.

Crédito:

ESO/L. Calçada. Music: Johan B. Monell (www.johanmonell.com)

Video a cámara rápida mostrando el cambio de color de la kilonova con imágenes obtenidas por VISTA


Este vídeo a cámara rápida muestra una serie de imágenes obtenidas con el telescopio de rastreo infrarrojo VISTA, en el Observatorio Paranal de ESO, donde puede verse la galaxia NGC 4993 en agosto de 2017. A la explosión de una kilonova en esta galaxia le acompañó la emisión tanto de ondas gravitacionales como de rayos gamma. Al principio el objeto era azul y fue cambiando su color hacia un rojo más intenso hasta desvanecerse.

Crédito:

ESO/N.R. Tanvir, A.J. Levan and the VIN-ROUGE collaboration

Animación del espectro de la kilonova de NGC 4993

Esta animación se basa en una serie de espectros de la kilonova de NGC 4993 observada por el instrumento X-shooter, instalado en el VLT (Very Large Telescope) de ESO, en Chile. Cubren un período de 12 días después de la explosión inicial del 17 de agosto de 2017. La kilonova es muy azul al principio, pero luego brilla en rojos intensos y se desvanece.

Crédito:

ESO/E. Pian et al./S. Smartt & ePESSTO/L. Calçada

Secuencia en cámara rápida de las imágenes y el espectro de la kilonova

Crédito:

ESO/E. Pian/S. Smartt & ePESSTO/N. Tanvir/VIN-ROUGE

Acercándonos a la kilonova de NGC 4993

La secuencia comienza con una amplia visión del cielo nocturno. Entonces, nos acercamos a la constelación Hidra. En esta dirección LIGO-Virgo detectó las ondas gravitacionales el 17 de agosto de 2017. La región azul muestra la amplia zona en la que se estimaba que debía estar la fuente. Una vez identificada, muchos telescopios e instrumentos de ESO examinaron la región alrededor de la galaxia NGC 4993, donde una fuente transitoria había sido avistada. Estos incluyeron VISTA, VST, el instrumento GROND instalado en el Telescopio MPG/ESO de 2,2 metros y VIMOS y otros instrumentos instalados en el VLT. La secuencia final muestra cómo VISTA monitorizó esta fuente, una kilonova creada por la fusión de dos estrellas de neutrones, a medida que se iluminó y luego su color se hizo más rojo y se desvaneció.

 

Crédito:

N. Risinger (skysurvey.org), LIGO-Virgo, Digitized Sky Survey 2, ESO. Music: Johan B. Monell (www.johanmonell.com)

Localización de la fuente

Esta animación muestra cómo LIGO, Virgo y telescopio tanto espaciales como basados en tierra, se centraron en observar la ubicación de las ondas gravitacionales detectadas  el 17 de agosto de 2017 por LIGO y Virgo. Combinando los datos de las misiones espaciales Fermi e Integral con datos de LIGO y Virgo, los científicos fueron capaces de limitar la fuente de las ondas a una zona del cielo de 30 grados cuadrados. Los telescopios de luz visible buscaron en un gran número de galaxias de esa región, revelando en última instancia que NGC 4993 era la fuente de ondas gravitatorias.

Crédito:

LIGO-Virgo

Una fusión de estrellas de neutrones vista en gravedad y materia

Esta visualización muestra la fusión de dos estrellas de neutrones que orbitan. El panel izquierdo contiene una visualización de la materia de las estrellas de neutrones. Las diferentes capas coloreadas son diferentes densidades, que se han hecho transparentes para mostrar más de la estructura. El panel de la derecha muestra cómo el espacio-tiempo se distorsiona cerca de las colisiones. Las distorsiones de la onda espiral al final de la fusión se propagan hasta la tierra y se miden como ondas gravitacionales.

 

Crédito:

Christopher W. Evans/Georgia Tech

El último baile de una pareja de estrellas de neutrones

Esta simulación muestra las etapas finales de la fusión de dos estrellas de neutrones. En realidad, la fusión que se muestra en la simulación está ocurriendo mucho más rápido, en menos de una centésima de segundo, y produce intensas ondas gravitacionales. Esto ilustra uno de los posibles escenarios para el evento de fusión GW170817, detectado por la red de onda gravitacionales LIGO-Virgo. El resultado de la fusión podría haber sido una estrella de neutrones o un agujero negro, siendo este último el que se muestra a continuación.

Crédito:

W. Kastaun/T. Kawamura/B. Giacomazzo/R. Ciolfi/A. Endrizzi

Ondas y sonido

En este vídeo se compara la señal de la fusión de estrellas de neutrones GW170817, medida por LIGO y Virgo, con una fusión de agujeros negros binarios detectada previamente. Todas las señales se muestran a partir de 30 hertzios, y la progresión de GW170817 se muestra en tiempo real, acompañada por su conversión a audio en el final de la película. GW170817 fue observable durante un tiempo más de 30 veces mayor que cualquier señal anterior de ondas gravitacionales.

Crédito:

LIGO/University of Oregon/Ben Farr


Fuente: Observatorio Europeo Austral 

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