Predecir fusiones de estrellas de neutrones antes de que ocurran

   MADRID, 13 Mar. (EUROPA PRESS) -

   Investigadores de Caltech desarrollan un programa informático de alerta temprana para avisar a los astrónomos de fusiones de estrellas de neutrones hasta segundos o incluso un minuto antes del impacto.

   El 17 de agosto de 2017, unos 70 telescopios dirigieron sus miradas colectivamente hacia una ardiente colisión entre dos estrellas muertas que tuvo lugar a millones de años luz de distancia. Los telescopios observaron el acontecimiento en un arco iris de longitudes de onda, desde las ondas de radio hasta la luz visible y los rayos gamma de mayor energía. Al chocar entre sí, la pareja de estrellas de neutrones ultradensas arrojó al exterior restos que brillaron durante días, semanas y meses.

   Otros tres detectores estaban presentes ese día para recoger datos astronómicos: dos pertenecientes al LIGO (Laser Interferometer Gravitational-wave Observatory) y uno al europeo Virgo. LIGO y Virgo no observan ondas de luz, sino ondas gravitacionales, o temblores en el espacio y el tiempo producidos por objetos masivos en aceleración. Cuando las estrellas de neutrones se juntan en espiral, generan ondas gravitacionales antes de fusionarse y explotar con la luz. Fue la red de ondas gravitacionales LIGO-Virgo la que alertó a docenas de telescopios de todo el mundo de que algo asombroso estaba ocurriendo en el cielo.

   Desde entonces, la red LIGO-Virgo solo ha detectado otra fusión de estrellas de neutrones; en ese caso, que ocurrió en 2019, los telescopios basados en la luz no pudieron observar el evento. Ahora que está previsto que LIGO-Virgo vuelva a activarse en mayo, los astrónomos se preparan para detectar más fusiones explosivas de estrellas de neutrones, incluso antes de que las estrellas muertas colisionen.

   "Es una carrera contrarreloj", afirma Ryan Magee, becario postdoctoral de Caltech que codirige el desarrollo del software de alerta temprana junto con Surabhi Sachdev, profesor de Georgia Tech. "Estamos perdiendo un tiempo precioso para comprender lo que ocurre antes y justo después de estas fusiones", afirma.

   Una vez que LIGO detecta una probable colisión de estrellas de neutrones, comienza la carrera para que los telescopios terrestres y espaciales hagan un seguimiento y determinen su ubicación. La red LIGO-Virgo, formada por tres detectores de ondas gravitacionales, ayuda a delimitar el lugar aproximado donde se producen los fuegos artificiales, mientras que los telescopios basados en la luz son necesarios para identificar la galaxia exacta en la que residen las estrellas de neutrones.

   En el caso del evento del 17 de agosto, conocido como GW170817, la mayoría de los telescopios basados en la luz no pudieron empezar a buscar la fuente del evento de ondas gravitacionales hasta nueve horas después. El equipo de LIGO-Virgo envió su primera alerta a la comunidad astronómica 40 minutos después de la colisión de la estrella de neutrones y los primeros mapas del cielo, con la ubicación aproximada del evento, 4,5 horas después.

    Pero para entonces, la región de interés en los cielos del sur se había sumergido bajo el horizonte y fuera de la vista de los telescopios del sur capaces de verla. Los astrónomos tuvieron que esperar hasta nueve horas después del evento para empezar a rastrear los cielos. Unas 11 horas después de la colisión de la estrella de neutrones, varios telescopios ópticos terrestres habían localizado por fin el origen de las ondas: una galaxia llamada NGC 4993, situada a unos 130 millones de años-luz de distancia.

   A falta de 11 horas para saber cómo las estrellas de neutrones chocan entre sí y siembran el universo de elementos pesados, los astrónomos esperan con impaciencia más choques de estrellas de neutrones.

   Para el próximo ciclo de LIGO-Virgo, que también incluirá observaciones realizadas por el observatorio japonés KAGRA, los detectores se han sometido a una serie de mejoras para captar mejor las ondas gravitacionales y, por tanto, las fusiones de estrellas de neutrones. El equipo espera detectar entre cuatro y diez fusiones de estrellas de neutrones en el próximo ciclo y hasta cien en el quinto ciclo de observación de la actual red de detectores avanzados, previsto para 2027. Para la década de 2030 están previstas futuras observaciones con detectores más avanzados.

ALERTA TEMPRANA

   Una nueva característica que se empleará en la próxima campaña es el sistema de alerta temprana. El software especializado complementará el software principal que se ha utilizado de forma rutinaria para detectar todos los eventos de ondas gravitacionales hasta la fecha.

   El software principal, también denominado "canal de búsqueda", busca señales débiles de ondas gravitacionales ocultas en los datos ruidosos de LIGO comparándolos con una biblioteca de señales conocidas, o formas de onda, que representan distintos tipos de sucesos, como fusiones de agujeros negros y estrellas de neutrones. Si se encuentra y confirma una coincidencia, se envía una alerta a la comunidad astronómica. El software de alerta temprana funciona de la misma manera, pero sólo utiliza versiones truncadas de las formas de onda para poder trabajar más rápido.

   "Los detectores están constantemente tomando nuevos datos durante una observación, y nosotros comparamos nuestras formas de onda con los datos que van llegando. Si utilizamos formas de onda truncadas, no tenemos que esperar a que se recojan tantos datos para realizar la comparación", explica Magee en un comunicado.

   "La contrapartida es que la señal debe ser lo bastante fuerte para que se detecte con formas de onda truncadas. Es importante seguir ejecutando los conductos principales junto con el conducto de alerta temprana para captar las señales más débiles y obtener las mejores localizaciones finales", añadió. Magee, Sachdev y sus colegas están trabajando en una línea de alerta temprana llamada GSTLAL; también se está trabajando en otras líneas de alerta temprana para LIGO-Virgo.