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Kilonova

Impresión artística de estrellas de neutrones fusionándose, produciendo ondas gravitacionales y dando como resultado una kilonova.
Ilustración de kilonova

Una kilonova (también llamada macronova ) es un evento astronómico transitorio que ocurre en un sistema binario compacto cuando dos estrellas de neutrones o una estrella de neutrones y un agujero negro se fusionan. [1] Se cree que estas fusiones producen explosiones de rayos gamma y emiten radiación electromagnética brillante, llamada "kilonovas", debido a la desintegración radiactiva de los núcleos pesados ​​del proceso r que se producen y expulsan de manera bastante isotrópica durante el proceso de fusión. [2] La alta esfericidad medida de la kilonova AT2017gfo en épocas tempranas se dedujo de la naturaleza de cuerpo negro de su espectro. [3] [4]

Historia

Animación que muestra dos estrellas de neutrones pequeñas y muy densas que se fusionan mediante radiación de ondas gravitacionales y explotan como una kilonova.

La existencia de eventos térmicos transitorios provenientes de fusiones de estrellas de neutrones fue introducida por primera vez por Li y Paczyński en 1998. [1] El brillo radiactivo que surge de las eyecciones de la fusión se llamó originalmente minisupernova, ya que tiene entre 1 ⁄ 10 y 1 ⁄ 100 el brillo. de una supernova típica , la autodetonación de una estrella masiva. [5] El término kilonova fue introducido más tarde por Metzger et al. en 2010 [6] para caracterizar el brillo máximo, que demostraron que alcanza 1000 veces el de una nova clásica .

La primera kilonova candidata encontrada fue detectada como una explosión corta de rayos gamma , GRB 130603B, por instrumentos a bordo del Swift Gamma-Ray Burst Explorer y la nave espacial KONUS/WIND y luego observada usando el Telescopio Espacial Hubble 9 y 30 días después de la explosión. . [7]

Esta impresión artística muestra una kilonova producida por la colisión de dos estrellas de neutrones.

El 16 de octubre de 2017, las colaboraciones LIGO y Virgo anunciaron las primeras detecciones simultáneas de ondas gravitacionales ( GW170817 ) y radiación electromagnética ( GRB 170817A y AT 2017gfo ) [8] y demostraron que la fuente era una fusión binaria de estrellas de neutrones . [9] Esta fusión fue seguida por un GRB corto ( GRB 170817A ) y un transitorio más duradero visible durante semanas en el espectro electromagnético óptico e infrarrojo cercano ( AT 2017gfo ) ubicado en una galaxia relativamente cercana, NGC 4993 . [10] Las observaciones de AT 2017gfo confirmaron que era el primer caso seguro de una kilonova. [11] El modelado espectral de AT2017gfo identificó el elemento de proceso r, estroncio e itrio, que vincula de manera concluyente la formación de elementos pesados ​​con las fusiones de estrellas de neutrones. [12] [13] Otros modelos mostraron que la bola de fuego de elementos pesados ​​expulsada era altamente esférica en las primeras épocas. [3] [14] Se ha sugerido que "Gracias a este trabajo, los astrónomos podrían utilizar kilonovas como una vela estándar para medir la expansión cósmica. Dado que las explosiones de kilonovas son esféricas, los astrónomos podrían comparar el tamaño aparente de una explosión de supernova con su tamaño real". como se ve por el movimiento del gas, y así medir la tasa de expansión cósmica a diferentes distancias". [15]

Teoría

La espiral y la fusión de dos objetos compactos son una fuerte fuente de ondas gravitacionales (GW). [6] El modelo básico para los transitorios térmicos de las fusiones de estrellas de neutrones fue introducido por Li-Xin Li y Bohdan Paczyński en 1998. [1] En su trabajo, sugirieron que la eyección radiactiva de una fusión de estrellas de neutrones es una fuente de energía térmica. emisión transitoria, más tarde denominada kilonova . [dieciséis]

Observaciones

Primeras observaciones de kilonovas realizadas por el Telescopio Espacial Hubble [17]

Una primera sugerencia observacional de una kilonova se produjo en 2008 después del estallido de rayos gamma GRB 080503, [18] donde un objeto débil apareció en la luz óptica después de un día y se desvaneció rápidamente. Sin embargo, otros factores como la falta de galaxia y la detección de rayos X no concordaban con la hipótesis de una kilonova. En 2013 se sugirió otra kilonova, en asociación con el estallido de rayos gamma de corta duración GRB 130603B, donde se detectó la débil emisión infrarroja de la kilonova distante utilizando el Telescopio Espacial Hubble . [7]

En octubre de 2017, los astrónomos informaron que las observaciones de AT 2017gfo mostraban que se trataba del primer caso seguro de una kilonova tras la fusión de dos estrellas de neutrones . [11]

Kilonova desvaneciéndose en GRB160821B vista por el Telescopio Espacial Hubble .

En octubre de 2018, los astrónomos informaron que GRB 150101B , un evento de explosión de rayos gamma detectado en 2015, puede ser análogo al histórico GW170817 . Las similitudes entre los dos eventos, en términos de emisiones de rayos gamma , ópticas y de rayos X , así como la naturaleza de las galaxias anfitrionas asociadas , se consideran "sorprendentes", y este notable parecido sugiere que los dos eventos separados e independientes pueden ambos pueden ser el resultado de la fusión de estrellas de neutrones, y ambos pueden ser una clase hasta ahora desconocida de kilonovas transitorias. Por lo tanto, los eventos de Kilonova pueden ser más diversos y comunes en el universo de lo que se pensaba anteriormente, según los investigadores. [19] [20] [21] [22] En retrospectiva, ahora se cree que GRB 160821B es otro evento de explosión de rayos gamma seguido de una kilonova, por el parecido de sus datos con AT2017gfo . [23]

Se encontró una kilonova en la larga explosión de rayos gamma GRB 211211A, descubierta en diciembre de 2021 por el Burst Alert Telescope (BAT) de Swift y el Fermi Gamma-ray Burst Monitor (GBM). [24] [25] Este descubrimiento desafía la teoría predominante de que los GRB largos provienen exclusivamente de supernovas , las explosiones de estrellas masivas al final de su vida. [26] GRB 211211A duró 51s, [27] [28] GRB 191019A (2019) [29] y GRB 230307A (2023). También se ha argumentado que [30] [31] con alrededor de 64 y 35 respectivamente pertenecen a esta clase de GBR largos provenientes de fusiones de estrellas de neutrones . [32]

En 2023, se observó GRB 230307A y se asoció con teluro y lantánidos . [33]

Ver también

Referencias

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