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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 núcleos pesados ​​del proceso r que se producen y expulsan de manera bastante isótropa durante el proceso de fusión. [2] [3] La alta esfericidad medida de la kilonova AT2017gfo en épocas tempranas se dedujo de la naturaleza de cuerpo negro de su espectro. [4] [5]

Historia

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

La existencia de eventos transitorios térmicos a partir de fusiones de estrellas de neutrones fue introducida por primera vez por Li y Paczyński en 1998. [1] El brillo radiactivo que surge de la eyección de la fusión se llamó originalmente mini-supernova, ya que es de 1 ⁄ 10 a 1 ⁄ 100 el brillo de una supernova típica , la autodetonación de una estrella masiva. [6] El término kilonova fue introducido más tarde por Metzger et al. en 2010 [7] para caracterizar el brillo máximo, que mostraron que alcanza 1000 veces el de una nova clásica .

La primera kilonova candidata que se encontró fue detectada como un estallido de rayos gamma de corta duración , GRB 130603B, por instrumentos a bordo del Swift Gamma-Ray Burst Explorer y la nave espacial KONUS/WIND y luego observada utilizando el Telescopio Espacial Hubble 9 y 30 días después del estallido. [8]

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

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 ) [9] y demostraron que la fuente era una fusión de estrellas de neutrones binarias . [10] Esta fusión fue seguida por un GRB corto ( GRB 170817A ) y un transitorio de mayor duración visible durante semanas en el espectro electromagnético óptico e infrarrojo cercano ( AT 2017gfo ) ubicado en una galaxia relativamente cercana, NGC 4993. [ 11] Las observaciones de AT 2017gfo confirmaron que fue la primera observación concluyente de una kilonova. [12] El modelado espectral de AT2017gfo identificó los elementos del proceso r estroncio e itrio , lo que vincula de manera concluyente la formación de elementos pesados ​​​​a las fusiones de estrellas de neutrones. [13] [14] Un modelado posterior mostró que la bola de fuego expulsada de elementos pesados ​​era altamente esférica en épocas tempranas. [4] [15] Se ha sugerido que "Gracias a este trabajo, los astrónomos podrían usar kilonovas como una candela 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 visto por el movimiento del gas, y así medir la tasa de expansión cósmica a diferentes distancias". [16]

Teoría

La espiral y la fusión de dos objetos compactos son una fuente potente de ondas gravitacionales (OG). [7] El modelo básico de 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 para la emisión transitoria térmica, posteriormente denominada kilonova . [17]

Observaciones

Primeras observaciones de kilonovas realizadas con el telescopio espacial Hubble [18]

La primera observación que sugirió la existencia de una kilonova se produjo en 2008, tras el estallido de rayos gamma GRB 080503 [19] , en el que un objeto débil apareció en luz óptica después de un día y se desvaneció rápidamente. Sin embargo, otros factores, como la falta de una 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, en el que se detectó la débil emisión infrarroja de la distante kilonova utilizando el telescopio espacial Hubble [8] .

En octubre de 2017, los astrónomos informaron que las observaciones de AT 2017gfo mostraron que era el primer caso seguro de una kilonova después de una fusión de dos estrellas de neutrones . [12]

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 , ópticos y de rayos X , así como en la naturaleza de las galaxias anfitrionas asociadas , se consideran "sorprendentes", y este notable parecido sugiere que los dos eventos separados e independientes pueden ser el resultado de la fusión de estrellas de neutrones, y ambos pueden ser una clase hasta ahora desconocida de transitorios de kilonova. Los eventos de kilonova, por lo tanto, pueden ser más diversos y comunes en el universo de lo que se creía anteriormente, según los investigadores. [20] [21] [22] [23] En retrospectiva, ahora se cree que GRB 160821B, un estallido de rayos gamma detectado en agosto de 2016, también se debió a una kilonova, por la similitud de sus datos con AT2017gfo . [24]

También se pensó que una kilonova había causado el estallido de rayos gamma largo GRB 211211A, descubierto en diciembre de 2021 por el Burst Alert Telescope (BAT) de Swift y el Fermi Gamma-ray Burst Monitor (GBM). [25] [26] Estos descubrimientos desafían la teoría anteriormente prevaleciente de que los GRB largos provienen exclusivamente de supernovas , las explosiones al final de la vida de estrellas masivas. [27] GRB 211211A duró 51 s; [28] [29] GRB 191019A (2019) [30] y GRB 230307A (2023), [31] [32] con duraciones de alrededor de 64 s y 35 s respectivamente, también se ha argumentado que pertenecen a esta clase de GBR largos de fusiones de estrellas de neutrones . [33]

En 2023, se observó GRB 230307A y se asoció con telurio y lantánidos . [34]

Véase también

Referencias

  1. ^ abc Li, L.-X.; Paczyński, B.; Fruchter, AS; Hjorth, J.; Hounsell, RA; Wiersema, K.; Tunnicliffe, R. (1998). "Eventos transitorios de fusiones de estrellas de neutrones". The Astrophysical Journal . 507 (1): L59–L62. arXiv : astro-ph/9807272 . Código Bibliográfico :1998ApJ...507L..59L. doi :10.1086/311680. S2CID  3091361.
  2. ^ Metzger, Brian D. (16 de diciembre de 2019). "Kilonovae". Living Reviews in Relativity . 23 (1): 1. arXiv : 1910.01617 . Código Bibliográfico :2019LRR....23....1M. doi :10.1007/s41114-019-0024-0. ISSN  1433-8351. PMC 6914724 . PMID  31885490. 
  3. ^ Rosswog, Stephan (1 de abril de 2015). "La imagen multimensajera de las fusiones binarias compactas". Revista Internacional de Física Moderna D . 24 (5): 1530012–1530052. arXiv : 1501.02081 . Código Bibliográfico :2015IJMPD..2430012R. doi :10.1142/S0218271815300128. ISSN  0218-2718. S2CID  118406320.
  4. ^ ab Sneppen, Albert; Watson, Darach; Bauswein, Andreas; Justo, Oliver; Kotak, Rubina; Nakar, Aod; Poznanski, Dovi; Sim, Stuart (febrero de 2023). "Simetría esférica en la kilonova AT2017gfo/GW170817". Naturaleza . 614 (7948): 436–439. arXiv : 2302.06621 . Código Bib :2023Natur.614..436S. doi :10.1038/s41586-022-05616-x. ISSN  1476-4687. PMID  36792736. S2CID  256846834.
  5. ^ Sneppen, Albert (1 de septiembre de 2023). "Sobre el espectro de cuerpo negro de las kilonovas". The Astrophysical Journal . 955 (1): 44. arXiv : 2306.05452 . Código Bibliográfico :2023ApJ...955...44S. doi : 10.3847/1538-4357/acf200 . ISSN  0004-637X.
  6. ^ "El Hubble capta el resplandor infrarrojo de una explosión de kilonova". spacetelescope.org. 5 de agosto de 2013. Consultado el 28 de febrero de 2018 .
  7. ^ ab Metzger, BD; Martínez-Pinedo, G.; Darbha, S.; Quataert, E.; Arcones, A. ; Kasen, D.; Thomas, R.; Nugent, P.; Panov, IV; Zinner, NT (agosto de 2010). "Contrapartes electromagnéticas de fusiones de objetos compactos impulsadas por la desintegración radiactiva de núcleos del proceso r". Monthly Notices of the Royal Astronomical Society . 406 (4): 2650. arXiv : 1001.5029 . Bibcode :2010MNRAS.406.2650M. doi : 10.1111/j.1365-2966.2010.16864.x . S2CID  118863104.
  8. ^ ab Tanvir, NR; Levan, AJ; Fruchter, AS; Hjorth, J.; Hounsell, RA; Wiersema, K.; Tunnicliffe, RL (2013). "Una 'kilonova' asociada con el estallido de rayos gamma de corta duración GRB 130603B". Nature . 500 (7464): 547–549. arXiv : 1306.4971 . Bibcode :2013Natur.500..547T. doi :10.1038/nature12505. PMID  23912055. S2CID  205235329.
  9. ^ Abbott, BP; Abbott, R.; Abbott, TD; Acernese, F.; Ackley, K.; Adams, C.; Adams, T.; Addesso, P.; Adhikari, RX; Adya, VB; et al. ( Colaboración científica LIGO y Colaboración Virgo ) (16 de octubre de 2017). "GW170817: Observación de ondas gravitacionales desde una espiral de estrellas de neutrones binarias". Physical Review Letters . 119 (16): 161101. arXiv : 1710.05832 . Código Bibliográfico :2017PhRvL.119p1101A. doi :10.1103/PhysRevLett.119.161101. Número de modelo: PMID  29099225. Número de modelo: S2CID  217163611.
  10. ^ Miller, M. Coleman (16 de octubre de 2017). «Ondas gravitacionales: una binaria dorada». Nature . Noticias y opiniones (7678): 36. Bibcode :2017Natur.551...36M. doi : 10.1038/nature24153 .
  11. ^ Berger, E. (16 de octubre de 2017). "Enfoque en la contraparte electromagnética de la fusión binaria de estrellas de neutrones GW170817". Astrophysical Journal Letters . Consultado el 16 de octubre de 2017 .
  12. ^ ab Abbott, BP; Abbott, R.; Abbott, TD; Acernese, F.; Ackley, K.; Adams, C.; Adams, T.; Addesso, P.; Adhikari, RX; Adya, VB; Affeldt, C.; Afrough, M.; Agarwal, B.; Agathos, M.; Agatsuma, K. (16 de octubre de 2017). "Observaciones multimensajeras de una fusión de estrellas binarias de neutrones". The Astrophysical Journal . 848 (2): L12. arXiv : 1710.05833 . Código Bibliográfico :2017ApJ...848L..12A. doi : 10.3847/2041-8213/aa91c9 . ISSN  2041-8213. Número de identificación del sujeto  217162243.
  13. ^ Watson, Darach; Hansen, Camilla J.; Selsing, Jonatan; Koch, Andreas; Malesani, Daniele B.; Andersen, Anja C.; Fynbo, Johan PU; Arcones, Almudena; Bauswein, Andreas; Covino, Stefano; Grado, Aniello; Heintz, Kasper E.; cazar, Leslie; Kouveliotou, Chryssa; Leloudas, Giorgos (octubre de 2019). "Identificación de estroncio en la fusión de dos estrellas de neutrones". Naturaleza . 574 (7779): 497–500. arXiv : 1910.10510 . Código Bib :2019Natur.574..497W. doi :10.1038/s41586-019-1676-3. Revista  de Biología Molecular  y Genética  .
  14. ^ Sneppen, Albert; Watson, Darach (1 de julio de 2023). "Descubrimiento de una línea P Cygni de 760 nm en AT2017gfo: identificación de itrio en la fotosfera de kilonova". Astronomía y Astrofísica . 675 : A194. arXiv : 2306.14942 . Bibcode :2023A&A...675A.194S. doi :10.1051/0004-6361/202346421. ISSN  0004-6361.
  15. ^ "¿Qué ocurre cuando dos estrellas de neutrones chocan? Una explosión 'perfecta'". Washington Post . ISSN  0190-8286 . Consultado el 18 de febrero de 2023 .
  16. ^ "Cuando dos estrellas de neutrones colisionan, la explosión es perfectamente esférica". 17 de febrero de 2023.
  17. ^ Metzger, Brian D. (16 de diciembre de 2019). "Kilonovae". Living Reviews in Relativity . 23 (1): 1. arXiv : 1910.01617 . Código Bibliográfico :2019LRR....23....1M. doi :10.1007/s41114-019-0024-0. ISSN  1433-8351. PMC 6914724 . PMID  31885490. 
  18. ^ "El Hubble observa por primera vez una fuente de ondas gravitacionales". www.spacetelescope.org . Consultado el 18 de octubre de 2017 .
  19. ^ Perley, DA; Metzger, BD; Granot, J.; Butler, NR; Sakamoto, T.; Ramirez-Ruiz, E.; Levan, AJ; Bloom, JS; Miller, AA (2009). "GRB 080503: Implicaciones de un estallido corto de rayos gamma desnudo dominado por una emisión extendida". The Astrophysical Journal . 696 (2): 1871–1885. arXiv : 0811.1044 . Código Bibliográfico :2009ApJ...696.1871P. doi :10.1088/0004-637X/696/2/1871. S2CID  15196669.
  20. ^ Universidad de Maryland (16 de octubre de 2018). "Todo en la familia: se descubre un pariente de la fuente de ondas gravitacionales. Nuevas observaciones sugieren que las kilonovas (enormes explosiones cósmicas que producen plata, oro y platino) pueden ser más comunes de lo que se pensaba". EurekAlert! . Consultado el 17 de octubre de 2018 .
  21. ^ Troja, E.; et al. (16 de octubre de 2018). "Una kilonova azul luminosa y un chorro fuera del eje de una fusión binaria compacta en z = 0,1341". Nature Communications . 9 (1): 4089. arXiv : 1806.10624 . Bibcode :2018NatCo...9.4089T. doi :10.1038/s41467-018-06558-7. PMC 6191439 . PMID  30327476. 
  22. ^ Mohon, Lee (16 de octubre de 2018). "GRB 150101B: un primo lejano de GW170817". NASA . Consultado el 17 de octubre de 2018 .
  23. ^ Wall, Mike (17 de octubre de 2018). «Un potente destello cósmico probablemente sea otra fusión de estrellas de neutrones». Space.com . Consultado el 17 de octubre de 2018 .
  24. ^ Strickland, Ashley (27 de agosto de 2019). "Así es como se ve cuando una explosión crea oro en el espacio". CNN . Consultado el 11 de diciembre de 2022 .
  25. ^ Reddy, Francis (13 de octubre de 2022). «Las misiones Swift y Fermi de la NASA detectan una explosión cósmica excepcional». NASA . Consultado el 11 de diciembre de 2022 .
  26. ^ "El descubrimiento de Kilonova desafía nuestra comprensión de los estallidos de rayos gamma". Observatorio Gemini . 2022-12-07 . Consultado el 2022-12-11 .
  27. ^ Troja, Eleonora; Dichiara, Simone (21 de diciembre de 2022). «Un estallido de rayos gamma inusual y de larga duración desafía las teorías sobre estas poderosas explosiones cósmicas que producen oro, uranio y otros metales pesados». The Conversation . Consultado el 27 de diciembre de 2022 .
  28. ^ Rastinejad, Jillian C.; Gompertz, Benjamín P.; Levan, Andrew J.; Fong, Wen-fai; Nicholl, Matt; Cordero, Gavin P.; Malesani, Daniele B.; Nugent, Anya E.; Oates, Samantha R.; Tanvir, Nial R.; de Ugarte Postigo, Antonio; Kilpatrick, Charles D.; Moore, Christopher J.; Metzger, Brian D.; Ravasio, María Edvige (8 de diciembre de 2022). "Una kilonova tras una explosión de rayos gamma de larga duración a 350 Mpc". Naturaleza . 612 (7939): 223–227. arXiv : 2204.10864 . Código Bib :2022Natur.612..223R. doi :10.1038/s41586-022-05390-w. ISSN  0028-0836. PMID  36477128. S2CID  248376822.
  29. ^ Troja, E.; Fryer, CL; O'Connor, B.; Ryan, G.; Dichiara, S.; Kumar, A.; Ito, N.; Gupta, R.; Wollaeger, RT; Norris, JP; Kawai, N.; Butler, NR; Aryan, A.; Misra, K.; Hosokawa, R. (8 de diciembre de 2022). "Un estallido de rayos gamma largo cercano de una fusión de objetos compactos". Nature . 612 (7939): 228–231. arXiv : 2209.03363 . Código Bibliográfico :2022Natur.612..228T. doi :10.1038/s41586-022-05327-3. ISSN  0028-0836. PMC 9729102 . Número de modelo:  PMID36477127. 
  30. ^ Levan, Andrew J.; Malesani, Daniele B.; Gompertz, Benjamin P.; Nugent, Anya E.; Nicholl, Matt; Oates, Samantha R.; Perley, Daniel A.; Rastinejad, Jillian; Metzger, Brian D.; Schulze, Steve; Stanway, Elizabeth R.; Inkenhaag, Anne; Zafar, Tayyaba; Agüí Fernández, J. Feliciano; Chrimes, Ashley A. (22 de junio de 2023). "Un estallido de rayos gamma de larga duración de origen dinámico del núcleo de una antigua galaxia". Nature Astronomy . 7 (8): 976–985. arXiv : 2303.12912 . Código Bibliográfico :2023NatAs...7..976L. doi :10.1038/s41550-023-01998-8. ISSN  2397-3366. S2CID  257687190.
  31. ^ "GCN - Circulares - 33410: Observación de GRB 230307A por parte de Solar Orbiter STIX".
  32. ^ "GCN - Circulares - 33412: GRB 230307A: Detección AGILE/MCAL".
  33. ^ Wodd, Charlie (11 de diciembre de 2023). "Explosiones extralargas desafían nuestras teorías sobre cataclismos cósmicos". Revista Quanta .
  34. ^ Leván, Andrés; Gompertz, Benjamín P.; Salafía, Om Sharan; Bulla, Mattia; Quemaduras, Eric; Hotokezaka, Kenta; Izzo, Luca; Cordero, Gavin P.; Malesani, Daniele B.; Oates, Samantha R.; Ravasio, María Edvige; Rouco Escorial, Alicia; Schneider, Benjamín; Sarín, Nikhil; Schulze, Steve (25 de octubre de 2023). "Producción de elementos pesados ​​en una fusión de objetos compactos observada por JWST". Naturaleza . 626 (8000): 737–741. arXiv : 2307.02098 . doi :10.1038/s41586-023-06759-1. ISSN  0028-0836. PMC 10881391 . Número de modelo: PMID  37879361. Número de modelo: S2CID  264489953.