La fusión de estrellas de neutrones crea momentáneamente un entorno de flujo de neutrones tan extremo que puede ocurrir el proceso r . Esta reacción explica la nucleosíntesis de aproximadamente la mitad de los isótopos en elementos más pesados que el hierro. [3]
Las fusiones también producen kilonovas , [4] que son fuentes transitorias de radiación electromagnética isotrópica de onda más larga debido a la desintegración radiactiva de los núcleos pesados del proceso r que se producen y expulsan durante el proceso de fusión. [5] Kilonovae había sido discutido como un posible sitio del proceso r desde que se propuso por primera vez la reacción en 1999, pero el mecanismo fue ampliamente aceptado después de que se observara el evento de múltiples mensajeros GW170817 en 2017.
El 17 de agosto de 2017, los interferómetros LIGO y Virgo observaron GW170817 , [6] una onda gravitacional asociada con la fusión de dos estrellas de neutrones en NGC 4993 , una galaxia elíptica en la constelación de Hidra . [7] GW170817 coincidió con un breve estallido de rayos gamma (de aproximadamente 2 segundos de duración) , GRB 170817A , detectado por primera vez 1,7 segundos después de la señal de fusión de GW, y un evento de observación de luz visible observado por primera vez 11 horas después, SSS17a . [8] [9] [10] [11] [12]
La coexistencia de GW170817 con GRB 170817A tanto en el espacio como en el tiempo implica fuertemente que las fusiones de estrellas de neutrones crean breves estallidos de rayos gamma. La posterior detección del evento Swope Supernova Survey 2017a (SSS17a) [13] en el área donde se sabía que habían ocurrido GW170817 y GRB 170817A, y que tiene las características esperadas de una kilonova , implica fuertemente que las fusiones de estrellas de neutrones son responsables de las kilonovas como Bueno. [14]
En febrero de 2018, la Instalación Transitoria de Zwicky comenzó a rastrear eventos de estrellas de neutrones mediante la observación de ondas gravitacionales, [15] como lo demuestran "muestras sistemáticas de eventos de perturbación de mareas ". [16] Más tarde ese año, los astrónomos informaron que GRB 150101B , un evento de explosión de rayos gamma detectado en 2015, puede estar directamente relacionado con GW170817 y asociado con la fusión de dos estrellas de neutrones. Las similitudes entre los dos eventos, en términos de emisiones de rayos gamma , ópticos y de rayos X , así como en la naturaleza de las galaxias anfitrionas asociadas , son "sorprendentes", lo que sugiere que los dos eventos separados pueden ser ambos el resultado de la fusión. de estrellas de neutrones, y ambas pueden ser una kilonova, que puede ser más común en el universo de lo que se pensaba anteriormente, según los investigadores. [17] [18] [19] [20]
También en octubre de 2018, los científicos presentaron una nueva forma de utilizar la información de los eventos de ondas gravitacionales (especialmente aquellos que involucran la fusión de estrellas de neutrones como GW170817) para determinar la constante de Hubble , que establece la tasa de expansión del universo . [21] [22] Los dos métodos anteriores para encontrar la constante de Hubble, uno basado en corrimientos al rojo y otro basado en la escalera de distancias cósmicas , difieren en aproximadamente un 10%. Esta diferencia, la tensión de Hubble , podría conciliarse utilizando kilonovas como otro tipo de vela estándar . [23]
En abril de 2019, los observatorios de ondas gravitacionales LIGO y Virgo anunciaron la detección de un evento candidato que es, con una probabilidad del 99,94%, la fusión de dos estrellas de neutrones. A pesar de extensas observaciones de seguimiento, no se pudo identificar ninguna contraparte electromagnética. [24] [25] [26]
En 2019, el análisis de datos del Observatorio de rayos X Chandra reveló otra fusión de estrellas de neutrones binarias a una distancia de 6.600 millones de años luz, una señal de rayos X llamada XT2. La fusión produjo un magnetar ; sus emisiones podían detectarse durante varias horas. [28]
Efecto en la Tierra
Los rayos cósmicos emitidos por una fusión de estrellas de neutrones que se produzca a menos de 10 pársecs de la Tierra provocarían una extinción humana concluyente. [29] En comparación, para las explosiones cortas de rayos gamma (sGRB), la zona letal se extiende cientos de pársecs. [30] Otras fuentes, como las supernovas cercanas a la Tierra, emiten fotones de alta energía en forma de rayos gamma y rayos X ; estos destruirían la capa de ozono de la Tierra , exponiendo a la población a niveles fatales de radiación UVB del Sol .
En comparación con estas, las fusiones de estrellas de neutrones son únicas porque emiten múltiples fuentes de radiación dañina, incluida la emisión de la desintegración radiactiva de elementos pesados [31] dispersos por el capullo del sGRB, [32] el propio resplandor del sGRB, [33] y el resplandor cósmico. rayos acelerados por la explosión. En orden de llegada, los fotones son los primeros después de la fusión y los rayos cósmicos llegan cientos o miles de años después. (Ver: astronomía multimensajero ) . El material expulsado barre el medio interestelar y crea una burbuja similar a un remanente de supernova que contiene una dosis letal de rayos cósmicos. Si la Tierra fuera engullida por el remanente, estos rayos cósmicos, como los rayos gamma, agotarían el ozono y podrían interactuar con la atmósfera, produciendo muones que interactúan débilmente . La densidad de flujo de estas partículas generadas sería suficiente para esterilizar el planeta, penetrando incluso profundamente en cuevas y bajo el agua. El peligro para la vida reside en la capacidad de las partículas de alterar el ADN, provocando defectos de nacimiento y mutaciones. [34] [35]
En comparación con las supernovas, las fusiones de estrellas binarias de neutrones (BNS) influyen en un volumen similar de espacio, pero son mucho más raras y tienen una mayor dependencia de la orientación del evento con respecto a la Tierra. En consecuencia, la amenaza general de extinción humana de un evento BNS es extremadamente baja. [29]
Distribución de metales pesados
Las fusiones de estrellas de neutrones son raras, por lo que la mayoría de las estrellas se formarán a partir de nubes de gas que tienen pocos metales de proceso r . Nuestro propio sistema solar, sin embargo, se formó a partir de una nube de gas enriquecida con metales pesados. [ cita necesaria ] Esto sugiere que los metales más pesados que el hierro, como los metales del grupo del platino, los elementos de tierras raras y los elementos radiactivos, serán más raros en la mayoría de los sistemas solares en comparación con el nuestro.
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