ALMA y cerca de 70 observatorios indagan fuente de ondas gravitacionales detectadas por LIGO y Virgo

16 octubre, 2017

El Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) se asoció a una de las campañas de observación de eventos impredecibles (Target of Opportunity o ToO) más grandes jamás lanzadas en el mundo. Luego de que la red de observatorios LIGO-Virgo detectara ondas gravitacionales pasando a través de la Tierra y localizara su fuente el 17 de agosto de 2017, varios telescopios alrededor del mundo identificaron por primera vez la contraparte electromagnética de una onda gravitacional.

Nunca antes los astrónomos habían podido observar las ondas gravitacionales y la radiación electromagnética (luz) procedentes del mismo evento, lo que se logró gracias a la colaboración global y a una rápida reacción de los observatorios alrededor del mundo. El 17 de agosto de 2017, el  Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory (LIGO, observatorio de interferómetro láser de ondas gravitacionales), de la Fundación Nacional de Ciencia de Estados Unidos ( NSF, por si sigla en inglés) 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 Gamma-ray Space Telescope (Fermi, telescopio espacial de rayos gamma) de la NASA, y el International Gamma-Ray Astrophysics Laboratory (INTEGRAL, laboratorio internacional de astrofísica de rayos gamma) de la Agencia Espacial Europea (ESA, por su sigla en inglés), detectaron otro  brote de rayos gamma en la misma zona del cielo.

La red 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 . A medida que caía la noche sobre Chile, muchos telescopios estudiaron detenidamente esa zona del cielo en busca de nuevas fuentes. 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, casi al mismo tiempo, las observaciones de VISTA señalaron claramente esta fuente en longitudes de onda infrarrojas. 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 ¡Esta es una de ellas!“, afirmó Elena Pian, astrónoma del INAF (Italia) y autora principal de uno de los artículos de la revista Nature.

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

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. Ambos se observaron el 17 de agosto de 2017 con LIGO-Virgo y Fermi/INTEGRAL, respectivamente. Posteriores observaciones con muchos telescopios 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

La comunidad astronómica internacional puso en marcha una de las mayores campañas de observación de eventos impredecibles jamás creadas y unos 70 observatorios de todo el mundo observaron también este evento.

Las detecciones casi simultáneas de las ondas gravitacionales y los rayos gamma de GW170817 permiten tener esperanzas de que este objeto sea un ejemplar de la tan buscada kilonova 1, y las observaciones llevadas a cabo 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.

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

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 de 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

 

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

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 grande para aficionados, NGC 4993 puede verse como una mancha muy tenue. Crédito: ESO, IAU and Sky & Telescope

Si bien no hubo detección con las observaciones de ALMA, sus datos contribuyeron a confirmar que “la fusión tuvo lugar en un espacio vacío y no en una densa nube de gas y polvo; exactamente lo que esperábamos si se trata de un evento similar a los responsables de los brotes de rayos gama cortos”, dijo Kate Alexander del Centro para la Astrofísica del Harvard-Smithsonian en Cambridge, Massachusetts (EE.UU.) y autora de un artículo científico que se publicará en ApJL. “Las observaciones de ALMA, VLA y Chandra (Rayos-X) muestran que la fusión lanzó un chorro de partículas que se mueven casi a la velocidad de la luz apuntado en una dirección distinta que la Tierra. Con ALMA, también detectamos un agujero negro supermasivo en el centro de la galaxia en que ocurrió la fusión, el que está brillando suavemente al consumir de a poco el gas”.

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Información adicional

ALMA es una asociación entre ESO (en representación de sus estados miembros), NSF (EE.UU.) y NINS (Japón), junto con NRC (Canadá), NSC y ASIAA (Taiwán), y KASI (República de Corea del Sur), en cooperación con la República de Chile. El Joint ALMA Observatory es operado por ESO, AUI/NRAO y NAOJ.

  1. Una kilonova es una explosión que se produce en un sistema binario al fusionarse dos estrellas de neutrones o una estrella de neutrones con un agujero negro