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Primeras imágenes asociadas a una fuente de ondas gravitacionales

16 Oct. 2017

El Instituto de Astrofísica de Canarias (IAC) ha participado en la detección de la contrapartida óptica, infrarroja y de rayos X de la fuente de ondas gravitacionales GW170817 (la fusión de estrellas de neutrones), resultados que se publican en las revistas Nature y Astrophysical Journal. Es la primera vez que se detecta la contrapartida electromagnética de un evento de ondas gravitacionales, lo que se ha anunciado esta mañana en ruedas de prensa organizadas por los grupos de investigación involucrados, entre ellos los de la Universidad de las Illes Balears y de la Universidad de Valencia, junto con una gran parte de la comunidad astrofísica y de astropartículas en España.

El 17 de agosto de 2017, el Advanced LIGO (Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory) y el interferómetro Advanced Virgo detectaron, de forma conjunta GW170817, una señal de ondas gravitacionales procedente de la fusión de dos estrellas de neutrones que habría ocurrido a una distancia de 40 Mpc (unos 130 millones de años luz).

La señal fue localizada en una región del Hemisferio Sur que se estableció inicialmente con una incertidumbre de alrededor de 31 grados cuadrados de cielo. Independientemente, el telescopio espacial Fermi, con el instrumento GBM (Gamma-ray Burst Monitor), detectó un estallido de rayos gamma con menos de 2 segundos de diferencia temporal con la fusión gravitacional. El seguimiento óptico realizado con varios telescopios condujo a la detección de una fuente en erupción en la línea de visión de la galaxia NGC 4993, que se encuentra a una distancia coincidente con la de la fuente de ondas gravitacionales.

“La naturaleza ha vuelto a ser muy generosa con nosotros al situar este evento excepcional a una distancia notablemente cercana a la Tierra, justo antes de que acabase este segundo periodo de observación de LIGO-Virgo avanzado y en el momento en que había tres detectores de la red en operación permitiendo localizar la fuente de forma precisa”, comenta Alicia Sintes, investigadora principal de la Colaboración Científica LIGO en la Universidad de les Illes Balears.

La fuente en erupción evolucionó de una forma bastante inusual, diferente a lo esperado para una supernova, una nova o un estallido convencional de rayos gamma. Por ello ha sido clasificada como una "kilonova" (mil veces más brillante que una nova), que en el visible alcanzó suficiente brillo como para poder ser identificada pocas horas después de la detección de LIGO/Virgo con telescopios en las Campanas (Chile) e, independientemente, con el telescopio robótico de la red MASTER en Argentina. El IAC, que colabora en el proyecto MASTER, ha participado en la obtención de algunas de las primeras medidas que identificaron la fuente eruptiva en el visible y ha contribuido a medir su evolución temporal.

La existencia de ondas gravitacionales fue una predicción directa de la teoría de la Relatividad General de Albert Einstein. Con el actual descubrimiento, sería la primera vez que se consigue detectar una contrapartida en todo el espectro electromagnético de una fuente de ondas gravitacionales y establecer la galaxia en la que se encuentra. La publicación en Astrophysical Journal involucra a más de mil científicos, entre ellos los investigadores del IAC Josefa Becerra, Miquel Serra-Ricart y Rafael Rebolo.

En otros de los trabajos asociados, liderado por la astrofísica Eleonora Troja, del Centro de Vuelo Espacial Goddard, de la NASA, y en el que también ha participado Josefa Becerra, se incluyeron datos en rayos X con los telescopios espaciales Chandra y Hubble, en el visible e infrarrojo con el telescopio Gemini de Chile, en el visible con la red coreana KMTNet y en radio con el radiotelescopio australiano ATCA.

“Mientras que las detecciones en el visible y en el infrarrojo tuvieron lugar pocas horas después a la detección de la onda gravitacional, la emisión en rayos X no se detectó durante las primeras observaciones que se llevaron a cabo. En nuestro artículo se presenta la primera detección de rayos X, que se produjo 9 días después de la detección de la onda gravitacional”, explica Josefa Becerra, investigadora del IAC en el marco del programa Severo Ochoa. “Hemos detectado –añade- una evolución en óptico e infrarrojo diferente a la que se produce en rayos X y en radio que puede explicarse por la coexistencia de la kilonova y un estallido de rayos gamma (GRB) junto con la detección de la onda gravitacional.”

“En el futuro -concluye esta astrofísica- también contaremos con la red de telescopios Cherenkov (CTA) en el Observatorio del Roque de los Muchachos (Garafía, La Palma), que nos permitirá llevar a cabo este tipo de estudio en rayos gamma de muy alta energía, la radiación más energética conocida, y con una sensibilidad sin precedentes.”

“La histórica detección de la primera señal gravitacional de la colisión de dos estrellas de neutrones, junto con la correspondiente emisión electromagnética, marca –subraya José Antonio Font, investigador principal de la Colaboración Virgo en la Universidad de Valencia- el inicio de una nueva era de descubrimientos que promete ofrecer respuestas a preguntas fundamentales en astrofísica relativista, cosmología, física nuclear, o la naturaleza de la gravitación. Es revolucionario.”

“La contrapartida óptica de esta fusión de estrellas de neutrones –señala Rafael Rebolo, director del IAC- alcanzó tal brillo que pequeños telescopios de apertura de 30 cm pudieron detectarla, lo que abre el campo incluso a observatorios no profesionales. Este no es un fenómeno infrecuente según los modelos teóricos de sistemas binarios, así que se puede esperar que se produzcan más detecciones en un futuro cercano y que se establezcan mejor los procesos físicos involucrados. El IAC y los Observatorios de Canarias están comprometidos con este tipo de investigación, participando en redes de telescopios robóticos como MASTER, que permiten el seguimiento rápido de este tipo de eventos, así como apoyando con el resto de instrumentación científica disponible  en nuestros Observatorios.”

Los Observatorios del Instituto de Astrofísica de Canarias (IAC) forman parte de la red de Infraestructuras Científicas y Técnicas Singulares (ICTS) de España.

Artículos:

- LIGO Scientific Collaboration, VIRGO Collaboration and Partner Astronomy Groups: “Multi-Messenger Observations of a Binary Neutron Star Merger”. B. P. Abbott et al.  2017 ApJL 848 L12. https://doi.org/10.3847/2041-8213/aa91c9

- Troja, E. Et al. “The X-ray counterpart to the gravitational-wave event GW170817”. Nature. https://doi.org/10.1038/nature24290

- Lipunov et al., 2017, “MASTER optical detection of the first LIGO/Virgo neutron stars merging GW170817”, ApJlett.  https://doi.org/10.3847/2041-8213/aa92c0

Más información:

Nota de prensa conjunta de la Universidad de las Islas Baleares (UIB), la Universidad de Valencia (UV) y de otros grupos españoles de astronomía y astropartículas

Rueda de prensa de las colaboraciones LIGO y Virgo: https://www.ligo.caltech.edu/news/ligo20171011

Preguntas y respuestas en Youtube: https://youtu.be/mtLPKYl4AHs

Contactos en el IAC:

Josefa Becerra: jbecerra@iac.es y 922605200

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