La mitad del oro viene de eventos como la fusión de estrellas de neutrones

Sin duda que el 16 de octubre de 2017 será un día que formará parte de la historia de la astronomía mundial. El anuncio de la detección de la fusión de dos estrellas de neutrones a través de ondas gravitacionales y su observación mediante instrumentos ópticos se convirtió en la noticia más importante de los últimos años. Algunos hablan de una verdadera revolución en la investigación de los misterios del universo.
Nuestra Región de Coquimbo y sus astrónomos tuvieron un rol fundamental en este descubrimiento. Uno de ellos fue el astrónomo del Observatorio Cerro Tololo, Alfredo Zenteno Vivanco.
El profesional, quien es Master en la Universidad de Illinois Urbana-Champaign, EE.UU. y doctor en astronomía de la Universidad de Múnich, en Alemania, ha seguido muy de cerca este descubrimiento y fue uno de los astrónomos que estuvo presente en Cerro Tololo en el momento exacto en que se logró la comprobación óptica de esta fusión de estrellas de neutrones. De su experiencia y de las implicancias de este suceso astronómico habló con LA REGIÓN.
– ¿Qué podemos entender por ondas gravitacionales?
– «Las ondas gravitacionales son perturbaciones del espacio-tiempo. El espacio-tiempo alrededor nuestro de hecho está distorsionado, y esta distorsión es ‘constante’: siempre sentimos la misma gravedad.  En el caso de las ondas gravitacionales esta distorsión cambia en el tiempo».
– ¿Por qué se dice que la detección de las ondas gravitacionales de la fusión de dos estrellas de neutrones marca una nueva era en la astronomía?
– «La primeras ondas gravitacionales que detectó LIGO (Observatorio de Ondas Gravitacionales por Interferometría Láser) fue el 14 de septiembre del 2015, producto de la fusión de dos agujeros negros.  Ese momento marcó el comienzo de una nueva forma de explorar el cosmos,  «escuchando» al universo.  Si bien fue un momento que la comunidad que trabaja en el área esperó por 50 años, no hubo ningún tipo de confirmación de forma independiente. En esta oportunidad, lo que se pudo detectar fue la fusión de dos estrellas de neutrones (conocido por los astrónomos como GW170817) y además, se logró comprobar y observar con instrumentos la emisión de de rayos gamma (+2 segundos), emisión ultravioleta, óptica e infrarroja (+10 horas), rayos X (+9 días) y la emisión de radio (+16 días después del evento). Pudimos ver y escuchar el evento al mismo tiempo. Toda esta información y como ella evoluciona con los días, nos permite deducir procesos físicos: cuánta masa fue expulsada y a qué velocidad, qué temperatura tuvo, cuál fue la orientación geométrica del plano de la fusión con respecto a nuestra línea de visión, etc.  Esta forma de observar eventos usando distintas técnicas el lo que se llama astronomía de multi-mensajeros».
– ¿Por qué es posible ver ópticamente esta fusión de estrella de neutrones y no los agujeros negros?
«Los agujeros negros no permiten que la luz escape.  Las estrellas de neutrones no solo permiten que la luz escape sino que también lo haga material durante la fusión. Ese material que escapa consiste de isótopos de materiales pesados que al decaer a su formas estables emiten radiación que podemos observar.  Si materia cae sobre un agujero negro este material también emitirá radiación, por lo que sí es posible ‘observar’ un agujero negro bajo ciertas condiciones».
– ¿Cuál fue el rol que tuvo el instrumento DECam que se encuentra en Cerro Tololo?
– «DECam es un instrumento de gran campo amplio.  En una imagen de DECam tú puedes poner 14 lunas.  El área revisada de LIGO fue de alrededor de 30 grados cuadrados a explorar, o 140 lunas en el cielo.  DECam puede cubrir esa área en un filtro con imágenes de 30 segundos en 10 minutos.  En ese sentido DECam es única.  No hay otro instrumento con un campo de visión tan amplio, por lo que la noche de la alerta de LIGO la DECam estuvo rápidamente escudriñando en el cielo.  De hecho, fuimos el segundo equipo en reportar de forma independiente el evento».
– ¿Cómo fue ese momento exacto en que se logra comprobar de manera óptica este evento?
– «Yo estaba en el observatorio con miembros del equipo de DES (Survey de Energía Oscura) y de Edo Berger (profesor de Harvard dedicado a todo tipo de explosiones cósmicas), algunos  en la montaña y otros conectados de forma remota. El rol de todos era tomar imágenes de la forma más eficientemente posible, para lograr una rápida confirmación, debido a que teníamos una ventana de observación de sólo 1.5 horas.  Yo además soy parte de una colaboración que busca supernovas usando el telescopio espacial Kepler y DECam y a menudo me veo en la situación en la cual hay que observar un campo que está visible por poco tiempo, por lo que pude hacer recomendaciones de cómo maximizar la eficiencia de la búsqueda».
– ¿Y cómo se logra?
– «Antes de encender la cámara, apuntamos el telescopio hacia la constelación de Hydra, a las 19:03 encendimos la cámara y rápidamente calibramos la posición del telescopio para luego, a las 19:13 horas, tomar imágenes en los filtros rojos, que son menos sensitivos al brillo del cielo.  La primera imagen del evento se tomó unos 50 minutos más tarde, y la detección se hizo por otros miembros del equipo cerca de 40 minutos después de eso.  El cielo está lleno de eventos transitorios, por lo que la detección de una emisión de luz en NGC 4993 era interesante pero no definitiva.  De hecho, un análisis posterior mostró que hubieron 1500 eventos en esa área, pero después de filtrarlos, usando machine learning, solo queda un candidato, el evento cerca de NGC 4993.  Es en ese momento en el que uno se da cuenta de la importancia histórica para la ciencia:  El evento observado en NGC 4993 realmente está asociado a GW170817».

ALBERT EINSTEIN

– ¿Cómo se pueden detectar estas ondas gravitacionales?
– «La detección de hace mediante interferometría láser.  Dos rayos de luz se separan en un ángulo de 90 grados, recorren 4 km de ida y 4 km de vuelta para luego ’reunirse’ en el punto de origen.  Cualquier variación en la longitud de esos 8 kilómetros que recorre la luz se traduce en una señal en el punto de reunión.  LIGO puede detectar una variación de ese recorrido equivalente al diámetro de un protón dividido por 10.000.  Al pasar la onda gravitacional por la tierra produce distorsiones del espacio-tiempo que LIGO, con esta técnica, puede detectar».
– ¿Cómo Einstein pudo descubrir su existencia sin este tipo de instrumentos modernos de detección?
– «El poder de una teoría científica es su capacidad de predicción.  Si una teoría no puede hacer predicciones no es útil.  Esto es lo que hace la teoría de relatividad general de Einstein, hizo y hace predicciones sobre las ondas gravitacionales entre otras cosas.  Por un lado nos dice que la gravedad viaja a la velocidad de la luz por lo que sus efectos no son instantáneos.  Además,  predice de forma muy precisa la forma de la onda gravitacional.  Esta es una predicción que es posible comprobar gracias a LIGO».
– ¿Qué efectos tiene en nuestro universo la fusión de estrella de neutrones?
– «La mitad de los elementos más pesados que el hierro son creados en supernovas, la otra en la fusión de estrellas de neutrones.  La expulsión de estos materiales es hecha a velocidades de hasta el 30% de la velocidad de a luz, así el material creado por estas explosiones cósmicas se esparcen por la galaxia en un millón de años.  Es en base a este material que planetas como la Tierra se forma.  La mitad del oro viene de eventos como la fusión de estrellas de neutrones.  En el caso de GW170817 se estima que el equivalente a 10 veces la masa de la tierra se transformó en oro y platino. El efecto es profundo».