Astronomía

¿De qué proviene la luz que vemos de una estrella de neutrones?

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¿Qué mantiene a los electrones en órbita? ¿Es la gravedad o la atracción atómica entre los protones y los neutrones?

Hice esta pregunta en Physics SE. Espero haber mejorado la calidad lo suficiente como para hacerlo mejor aquí.

¿La luz que vemos de una estrella de neutrones proviene de los neutrones o de los electrones?


La "superficie" visible de la estrella de neutrones no contiene neutrones libres. Consiste en núcleos atómicos completamente ionizados y electrones libres. La composición exacta es incierta: ya sea en la superficie o justo debajo de ella constará de elementos de pico de hierro, que se volverán cada vez más ricos en neutrones con la profundidad, sin embargo, los pocos centímetros externos (que es donde surge cualquier radiación electromagnética) podrían consistir en hidrógeno ionizado y helio que se ha acumulado.

Las estrellas de neutrones también tienen magnetosferas y estas también son una fuente de radiación. Las partículas cargadas se aceleran lejos de los polos magnéticos de la estrella de neutrones, forman una espiral en los campos magnéticos y emiten (principalmente los electrones, que experimentan una aceleración más extrema) sincrotrón y radiación de curvatura.

El "fluido de neutrones" de alta densidad, que contiene principalmente neutrones libres, con una pequeña proporción de protones y electrones, no se alcanza hasta aproximadamente 1-2 km por debajo de la superficie de la estrella de neutrones.


Los astrónomos atrapan la explosión visible más lejana de una colisión de estrellas de neutrones jamás vista

Un trabajo rápido de los astrónomos capturó el destello óptico de una gran explosión causada por la colisión de dos estrellas de neutrones. casi tres cuartas partes del camino a través del Universo observable. Este es el segundo estallido de rayos gamma corto más lejano jamás visto, el destello de luz visible más lejano de uno jamás visto, y una bestia realmente rara.

Los estallidos de rayos gamma (o GRB) son algunas de las explosiones más poderosas y violentas del cosmos. Fueron detectados por primera vez en la década de 1960, pero su verdadera naturaleza no comenzó a desarrollarse hasta la década de 1990, cuando nos enteramos de que estaban extremadamente lejos y, por lo tanto, ridículamente poderosos. Como, emitiendo en unos segundos la misma energía que el Sol durante toda su vida útil de 12 mil millones de años poderoso.

Más mala astronomía

Vienen en dos sabores: largos (más de 2 segundos en promedio) y cortos (lo adivinaste: menos de 2 segundos). Los largos tienen varias fuentes diferentes, pero en general provienen de estrellas masivas que explotan como supernovas y sus núcleos colapsan para formar agujeros negros. No todas las supernovas generan GRB, pero cuando lo hacen, la explosión es increíblemente enérgica, lo que nos permite verlas a grandes distancias.

Obra de arte que representa el momento de la colisión entre dos estrellas de neutrones. La explosión resultante es ... bastante grande. Crédito: Dana Berry, SkyWorks Digital, Inc.

Los GRB cortos involucran estrellas de neutrones, también el objeto sobrante después del colapso del núcleo de una estrella. Son menos masivos que los agujeros negros, pero siguen siendo objetos a tener en cuenta. Si dos estrellas masivas se orbitan entre sí, ambas pueden explotar para formar estrellas de neutrones binarias. A lo largo de miles de millones de años, se acercan lentamente en espiral, luego, en los últimos momentos, se desgarran entre sí a través de su feroz gravedad y se fusionan, generalmente formando un agujero negro. Este proceso genera una intensa explosión de rayos gamma, la forma de luz de mayor energía.

Esta explosión no es tan poderosa como una supernova, por lo que se le conoce como kilonova. Aún así, una gran cantidad de energía pasa a la explosión de luz después de una fusión, lo que significa que podemos verlos desde lejos.

La ráfaga corta de rayos gamma es la clave para encontrarlos: el observatorio Swift de la NASA está diseñado específicamente para detectar GRB y luego entrenar sus telescopios ultravioleta y óptico sobre ellos, clavando mejor sus posiciones y alertando a los telescopios en la Tierra para mirar más de cerca.

Obra de arte que muestra el momento de la colisión de la estrella de neutrones, con rayos de energía disparados y ondas gravitacionales que sacuden ondas en el continuo espacio-tiempo. Crédito: NSF / LIGO / Universidad Estatal de Sonoma / A. Simonnet

Y así fue el 23 de noviembre de 2018. El Telescopio Burst Alert de Swift detectó un destello de rayos gamma que duraron aproximadamente un cuarto de segundo provenientes de la dirección de la constelación de Coma Berenices. Su telescopio óptico / ultravioleta no vio ningún resplandor, aunque, para ser justos, no es un visor muy grande. Swift luego envió una alerta, y los astrónomos de acción rápida apuntaron el enorme telescopio Gemini a esa área del cielo poco más de 9 horas después, donde vio un débil resplandor de luz infrarroja cercana (una magnitud i de 25, si lo desea) los detalles técnicos, que es desmayarse). Observó de nuevo un par de días después y el resplandor se había desvanecido, confirmando que era el resplandor de GRB.

No mucho después, el poderoso telescopio Keck echó un vistazo a lo que ahora se llamaba GRB 181123B (el segundo GRB detectado el 23 de noviembre de 2018), y pudo tomar un espectro de la galaxia anfitriona, y los astrónomos determinaron que es aproximadamente 10 mil millones años luz de la Tierra. Esto hace que el GRB sea el segundo corto más distante jamás visto (GRB 111117A, el poseedor del récord actual de 2011, estaba a 10,7 mil millones de años luz de la Tierra), y el más distante con un resplandor óptico detectado.

La mayoría de los GRB cortos están mucho más cerca de nosotros, con un promedio de unos 5 mil millones de años luz de distancia. Solo se conocen tres a esta distancia, lo que convierte a GRB 181123B en un marcador importante para estudiar el Universo en este momento.

Aproximadamente en esa época de hace diez mil millones de años, las galaxias en el Universo estaban en su pico de eficiencia de nacimiento de estrellas, produciendo estrellas a un ritmo prodigioso. La galaxia anfitriona de este estallido de rayos gamma es más pequeña, con aproximadamente 15 mil millones de veces la masa de estrellas del Sol (nuestra galaxia, la Vía Láctea, tiene alrededor de 50 mil millones de masas solares de estrellas), pero los astrónomos determinaron que en el tiempo en que estaba produciendo aproximadamente 35 veces la masa del Sol en estrellas cada año. Eso es mucho (actualmente, la Vía Láctea produce algo así como 1-2), pero aproximadamente el promedio para las galaxias de su tamaño en ese entonces, y probablemente ya había pasado su pico de formación estelar.

La razón por la que esto es importante es porque se necesita tiempo para hacer un breve GRB. Las estrellas masivas soplan rápidamente a través de su combustible nuclear, explotando después de una docena de millones de años aproximadamente, pero pueden pasar miles de millones de años para que se junten en espiral y colisionen. Este evento ocurrió menos de 4 mil millones de años después del Big Bang, por lo que ese es un límite superior estricto para la rapidez con la que puede pasar de hacer estrellas a crear un GRB corto (y GRB11117A llegó a la línea de meta aún más rápido). Eso nos dice mucho sobre cómo funcionan estos eventos.

Encontrar GRB cortos a esta distancia es difícil. Swift no está realmente diseñado para verlos tan lejos, por lo que tienen que ser inusualmente brillantes, e incluso así son muy raros. Pero cuanto más encontremos, mejor entenderemos este momento en la historia del Universo (más bien poéticamente llamado Mediodía Cósmico, porque se estaban formando tantas estrellas).

Me sorprende lo generoso que es a veces el Universo, que nos brinda todas estas formas de investigarlo, incluida la fusión de estrellas de neutrones a miles de millones de años luz de distancia que emiten rayos gamma de alta energía durante una fracción de segundo. No hace las cosas fácil... pero entonces, ¿dónde está la diversión en eso?


Los investigadores ven el haz de luz de la primera fusión confirmada de estrellas de neutrones emerger de detrás del sol

Impresión artística de chorros de material de la primera fusión confirmada de estrellas de neutrones. Crédito: Mark Garlick / Universidad de Warwick

Un equipo de investigación dirigido por astrónomos de la Universidad de Warwick tuvo que esperar más de 100 días para ver la primera fusión confirmada de estrellas de neutrones para emerger detrás del resplandor del sol.

Fueron recompensados ​​con el primer avistamiento visual confirmado de un chorro de material que aún salía de la estrella fusionada exactamente 110 días después de que se observara por primera vez el cataclísmico evento inicial de fusión. Sus observaciones confirman una predicción clave sobre las consecuencias de las fusiones de estrellas de neutrones.

La fusión de estrellas de neutrones binarios GW170817 ocurrió a 130 millones de años luz de distancia en una galaxia llamada NGC 4993. Fue detectada en agosto de 2017 por el Observatorio de Ondas Gravitacionales del Interferómetro Láser Avanzado (Adv-LIGO) y por observaciones de Ráfagas de Rayos Gamma (GRB). y luego se convirtió en la primera fusión de estrellas de neutrones observada y confirmada por astronomía visual.

Después de unas semanas, la estrella fusionada pasó detrás del resplandor de nuestro sol dejándola efectivamente oculta a los astrónomos hasta que volvió a emerger de ese resplandor 100 días después del evento de fusión. Fue en ese punto que el equipo de investigación de la Universidad de Warwick pudo usar el Telescopio Espacial Hubble para ver que la estrella todavía estaba generando un poderoso rayo de luz en una dirección que, aunque fuera del centro de la Tierra, comenzaba a extenderse en nuestra dirección.

Su investigación acaba de ser publicada en un artículo titulado: "El resplandor óptico del estallido corto de rayos gamma asociado con GW170817" en Astronomía de la naturalezaa las 4 p.m., hora del Reino Unido, el lunes 02 de julio de 2018.

El autor principal del artículo, el Dr. Joe Lyman del Departamento de Física de la Universidad de Warwick, dijo:

"Al principio, vimos luz visible impulsada por la desintegración radiactiva de elementos pesados, más de cien días después y esto se ha ido, pero ahora vemos un chorro de material, expulsado en ángulo hacia nosotros, pero casi a la velocidad de la luz. . Esto es bastante diferente de lo que algunas personas han sugerido, que el material no saldría en un chorro, sino en todas las direcciones ".

El profesor Andrew Levan del Departamento de Física de la Universidad de Warwick, otro de los principales autores de los artículos, agregó:

"Si hubiéramos mirado directamente hacia abajo de este rayo, habríamos visto un estallido realmente poderoso de rayos gamma. Esto significa que es muy probable que cada estrella de neutrones que se fusiona realmente cree un estallido de rayos gamma, pero solo vemos una una pequeña fracción de ellos porque el chorro no se alinea con tanta frecuencia. Las ondas gravitacionales son una forma completamente nueva de encontrar este tipo de evento, y podrían ser más comunes de lo que pensamos ".

Estas observaciones confirman la predicción hecha por el segundo autor del artículo, el Dr. Gavin Lamb del Departamento de Física y Astronomía de la Universidad de Leicester, dijo que este tipo de eventos revelarán la estructura de estos chorros de material que viajan cerca de la velocidad de luz:

"El comportamiento de la luz de estos chorros, cómo se ilumina y se desvanece, se puede utilizar para determinar la velocidad del material en todo el chorro. A medida que el resplandor se aclara, vemos más profundamente en la estructura del chorro y sondeamos los componentes más rápidos. ayúdenos a comprender cómo se forman estos chorros de material, que viajan cerca de la velocidad de la luz, y cómo se aceleran a estas velocidades fenomenales ".


Científicos ven el haz de luz de la primera fusión de estrellas de neutrones confirmada

Un equipo de investigación dirigido por astrónomos de la Universidad de Warwick tuvo que esperar más de 100 días para ver la primera fusión confirmada de estrellas de neutrones para reaparecer detrás del resplandor del sol.

Fueron recompensados ​​con el primer avistamiento visual confirmado de un chorro de material que aún salía de la estrella fusionada exactamente 110 días después de que se observara por primera vez el cataclísmico evento inicial de fusión. Sus observaciones confirman una predicción clave sobre las consecuencias de las fusiones de estrellas de neutrones.

La fusión de estrellas de neutrones binarios GW170817 ocurrió a 130 millones de años luz de distancia en una galaxia llamada NGC 4993. Fue detectada en agosto de 2017 por el Observatorio de Ondas Gravitacionales del Interferómetro Láser Avanzado (Adv-LIGO) y por observaciones de Ráfagas de Rayos Gamma (GRB). y luego se convirtió en la primera fusión de estrellas de neutrones observada y confirmada por astronomía visual.

Después de unas semanas, la estrella fusionada pasó detrás del resplandor de nuestro sol dejándola efectivamente oculta a los astrónomos hasta que volvió a emerger de ese resplandor 100 días después del evento de fusión. Fue en ese momento que el equipo de investigación de la Universidad de Warwick pudo usar el Telescopio Espacial Hubble para ver que la estrella todavía estaba generando un poderoso rayo de luz en una dirección que, aunque fuera del centro de la Tierra, comenzaba a extenderse en nuestra dirección.

Su investigación acaba de ser publicada en un artículo titulado: & ldquoThe óptica post-resplandor del corto estallido de rayos gamma asociado con GW170817 & rdquo en el sitio web Nature Astronomy & rsquos a las 4 pm hora del Reino Unido el lunes 02 de julio de 2018.

El autor principal del artículo, el Dr. Joe Lyman del Departamento de Física de la Universidad de Warwick & rsquos, dijo:

& ldquoAl principio, vimos luz visible impulsada por la desintegración radiactiva de elementos pesados, más de cien días después y esto se ha ido, pero ahora vemos un chorro de material, expulsado en ángulo hacia nosotros, pero casi a la velocidad de la luz. Esto es bastante diferente de lo que algunas personas han sugerido, que el material no saldría en un jet, sino en todas las direcciones. & Rdquo

El profesor Andrew Levan de la Universidad de Warwick & rsquos Department of Physics, otro de los principales autores de artículos y rsquos, agregó:

Y ldquoSi miráramos directamente hacia este rayo, habríamos visto un estallido realmente poderoso de rayos gamma. Esto significa que es muy probable que cada estrella de neutrones que se fusiona realmente cree un estallido de rayos gamma, pero solo vemos una pequeña fracción de ellos porque el chorro no se alinea con tanta frecuencia. Las ondas gravitacionales son una forma completamente nueva de encontrar este tipo de eventos, y podrían ser más comunes de lo que pensamos. & Rdquo

Estas observaciones confirman la predicción realizada por el segundo autor del artículo, el Dr. Gavin Lamb de la Universidad de Leicester & rsquos Departamento de Física y Astronomía, dijo que este tipo de eventos revelarán la estructura de estos chorros de material que viajan cerca de la velocidad de la luz. :

& ldquoEl comportamiento de la luz de estos chorros, cómo se ilumina y se desvanece, se puede utilizar para determinar la velocidad del material a lo largo del chorro. A medida que el resplandor se aclara, vemos más profundamente en la estructura del chorro y sondeamos los componentes más rápidos. Esto nos ayudará a comprender cómo se forman estos chorros de material, que viajan cerca de la velocidad de la luz, y cómo se aceleran a estas velocidades fenomenales. & Rdquo

Publicación: J. D. Lyman, et al., & LdquoEl resplandor óptico del corto estallido de rayos gamma asociado con GW170817, & rdquo Nature Astronomy (2018)


Mucho mas por venir

La investigación en profundidad de GW170817 ha revelado otras ideas importantes.

Por ejemplo, este trabajo demostró que las ondas gravitacionales se mueven a la velocidad de la luz, como predice la teoría. (El telescopio espacial Fermi detectó el estallido de rayos gamma solo 2 segundos después de que terminó la señal de la onda gravitacional). Y los astrónomos ahora saben un poco más sobre las estrellas de neutrones.

"Hay algunos tipos de cosas de las que podrían estar hechas las estrellas de neutrones de las que estamos seguros que no están hechas, porque no se aplastaron tanto" durante la fusión, dijo O'Shaughnessy.

Pero GW170817 es solo el comienzo. Por ejemplo, tales observaciones de & # 34multimessenger & # 34 proporcionan otra forma de calibrar distancias a los objetos celestes, dijo el CfA & # 39s Avi Loeb, quien también preside el departamento de astronomía de la Universidad de Harvard.

Tales mediciones podrían, en teoría, ayudar a los científicos a determinar finalmente la tasa de expansión del universo. Las estimaciones de este valor, conocido como la constante de Hubble, varían dependiendo de si se calcularon utilizando observaciones de explosiones de supernovas o el fondo cósmico de microondas (la luz antigua que quedó del Big Bang), dijo Loeb, que no participó en el nuevo descubrimiento anunciado.

"Aquí hay otro camino que está abierto y que no estaba disponible antes", le dijo a Space.com.

Es probable que se abran muchos otros caminos de este tipo, enfatizó O & # 39Shaughnessy, y nadie puede adivinar adónde pueden conducir.

"Creo que probablemente lo más emocionante de todo es que es el comienzo", dijo Shaughnessy sobre el nuevo descubrimiento. & # 34Restablece el tablero de cómo se verá la astronomía en los próximos años, ahora que tenemos múltiples formas de sondear simultáneamente un universo violento y transitorio & # 34.


Científicos ven el haz de luz de la primera fusión de estrellas de neutrones confirmada

Un equipo de investigación dirigido por astrónomos de la Universidad de Warwick tuvo que esperar más de 100 días para ver la primera fusión confirmada de estrellas de neutrones para reaparecer detrás del resplandor del sol.

Fueron recompensados ​​con el primer avistamiento visual confirmado de un chorro de material que aún salía de la estrella fusionada exactamente 110 días después de que se observara por primera vez el cataclísmico evento inicial de fusión. Sus observaciones confirman una predicción clave sobre las consecuencias de las fusiones de estrellas de neutrones.

La fusión de estrellas de neutrones binarios GW170817 ocurrió a 130 millones de años luz de distancia en una galaxia llamada NGC 4993. Fue detectada en agosto de 2017 por el Observatorio de Ondas Gravitacionales del Interferómetro Láser Avanzado (Adv-LIGO) y por observaciones de Ráfagas de Rayos Gamma (GRB). y luego se convirtió en la primera fusión de estrellas de neutrones observada y confirmada por astronomía visual.

Después de unas semanas, la estrella fusionada pasó detrás del resplandor de nuestro sol dejándola efectivamente oculta a los astrónomos hasta que volvió a emerger de ese resplandor 100 días después del evento de fusión. Fue en ese momento que el equipo de investigación de la Universidad de Warwick pudo usar el Telescopio Espacial Hubble para ver que la estrella todavía estaba generando un poderoso rayo de luz en una dirección que, aunque fuera del centro de la Tierra, comenzaba a extenderse en nuestra dirección.

Su investigación acaba de ser publicada en un artículo titulado: "El resplandor óptico del estallido corto de rayos gamma asociado con GW170817" en el sitio web Nature Astronomy & # 8217s a las 4 p.m., hora del Reino Unido, el lunes 02 de julio de 2018.

El autor principal del artículo, el Dr. Joe Lyman del Departamento de Física de la Universidad de Warwick, dijo:

“Al principio, vimos luz visible impulsada por la desintegración radiactiva de elementos pesados, más de cien días después y esto se ha ido, pero ahora vemos un chorro de material, expulsado en ángulo hacia nosotros, pero casi a la velocidad de la luz. Esto es bastante diferente de lo que algunas personas han sugerido, que el material no saldría en un jet, sino en todas las direcciones ".

El profesor Andrew Levan del Departamento de Física de la Universidad de Warwick, otro de los principales autores del artículo, agregó:

“Si hubiéramos mirado directamente hacia abajo por este rayo, habríamos visto un estallido realmente poderoso de rayos gamma. Esto significa que es bastante probable que cada estrella de neutrones que se fusiona realmente cree un estallido de rayos gamma, pero solo vemos una pequeña fracción de ellos porque el chorro no se alinea con tanta frecuencia. Las ondas gravitacionales son una forma completamente nueva de encontrar este tipo de eventos, y podrían ser más comunes de lo que pensamos ".

Estas observaciones confirman la predicción hecha por el segundo autor del artículo, el Dr. Gavin Lamb del Departamento de Física y Astronomía de la Universidad de Leicester, dijo que este tipo de eventos revelarán la estructura de estos chorros de material que viajan cerca de la velocidad. de luz:

& # 8220 El comportamiento de la luz de estos chorros, cómo se ilumina y se desvanece, se puede utilizar para determinar la velocidad del material en todo el chorro. A medida que el resplandor se aclara, vemos más profundamente en la estructura del chorro y sondeamos los componentes más rápidos. Esto nos ayudará a comprender cómo se forman estos chorros de material, que viajan cerca de la velocidad de la luz, y cómo se aceleran a estas velocidades fenomenales. & # 8221

Publicación: J. D. Lyman, et al., & # 8220 El resplandor óptico del corto estallido de rayos gamma asociado con GW170817, & # 8221 Nature Astronomy (2018)


Los astrónomos detectan un brillo sin precedentes alrededor de la estrella de neutrones, y sea lo que sea, es importante

Los científicos que utilizan el telescopio espacial Hubble han vislumbrado una estrella de neutrones como ninguna vista antes.

Las estrellas de neutrones, que contienen más masa que el Sol pero tienen un radio de solo unas pocas millas, continúan siendo objeto de una intensa observación. Ahora, los científicos han detectado uno de estos objetos ultradensos que emite radiación infrarroja mucho más brillante de lo que esperaban, en una franja aparentemente amplia de espacio, más grande que nuestro Sistema Solar. Tienen varias ideas sobre lo que están viendo y cualquiera de estas ideas, si se verifica, sería un descubrimiento importante.

"La emisión está claramente por encima de lo que emite la propia estrella de neutrones, no proviene solo de la estrella de neutrones", dijo a Gizmodo la autora principal del estudio, Bettina Posselt, profesora asociada de investigación en la Universidad Penn State. "Esto es muy nuevo".

Los investigadores observaron una estrella de neutrones en rotación, un púlsar llamado RX J0806.4-4123, ubicado a 815 años luz de distancia. El púlsar es uno de los "siete magníficos", los objetos de pulsación relativamente lenta (este pulsa cada 11,37 segundos) que emiten rayos X brillantes pero no ondas de radio, todo dentro de los 3.300 años luz de la Tierra. Los brillantes rayos X de estos púlsares parecen requerir alguna otra fuente de energía, tal vez grandes campos magnéticos o discos polvorientos que suministran materia que cae en ellos.

Estas nuevas observaciones de RX J0806.4-4123 revelaron una radiación infrarroja mucho más brillante de lo que esperaban los científicos. Esto implicaba para los investigadores que estaban mirando no solo a la estrella de neutrones, sino a la característica más amplia que la rodea, según el artículo publicado en El diario astrofísico.

A los investigadores se les ocurrieron dos ideas para explicar lo que estaban viendo, y cualquiera de las dos posibilidades sería una novedad para la astronomía.

Podrían estar viendo el primer disco de materia resuelto que rodea a una estrella de neutrones. O podría ser la primera observación de una nebulosa de viento de púlsar que emite solo radiación infrarroja cercana. Las nebulosas de viento Pulsar son remanentes de supernovas alimentadas por el púlsar, como la famosa Nebulosa del Cangrejo. Las principales diferencias entre estas dos posibilidades son la forma en que se forman y su forma.

"Ambos son muy emocionantes", dijo Posselt.

En 2006, otro equipo observó un disco potencial que rodeaba un púlsar más distante utilizando el Telescopio Espacial Spitzer. Sin embargo, esos datos no tenían la misma forma ancha definitiva que parece tener esta observación de púlsar.

¿Esta observación podría tener otras explicaciones? Bueno, tal vez la radiación infrarroja provenía de detrás del púlsar, pero el análisis del equipo reveló que tal coincidencia sería muy, muy poco probable. También excluyeron la posibilidad de que estuvieran viendo la interacción entre la luz y el polvo entre las estrellas.

El científico que arbitró el artículo encontró los resultados intrigantes. “Es realmente inesperado encontrar material alrededor de la estrella de neutrones que pueda causar la emisión infrarroja”, dijo a Gizmodo Martin van Kerkwijk de la Universidad de Toronto. Él también se preguntó si la fuente de infrarrojos provenía de algo en el fondo. Pero pronto lo sabremos con certeza, dijo: si la emisión está asociada con la estrella de neutrones, entonces tendrá el mismo movimiento que la estrella de neutrones a través del cielo.

Los próximos pasos del equipo son observar el púlsar en otras longitudes de onda de luz. Ya han intentado mirarlo con el telescopio óptico e infrarrojo Gemini con base en la Tierra, pero la fuente era demasiado débil para que los científicos pudieran determinar la forma del disco.

Si sigue la astronomía, entonces probablemente sepa lo que sucederá a continuación: los investigadores deberán esperar a que despegue el próximo y muy retrasado Telescopio Espacial James Webb. La increíble precisión del JWST debería ser capaz de obtener imágenes de la forma de lo que estén observando los científicos y concluir si se trata de un disco o una nebulosa.


Los investigadores ven el haz de luz de la primera fusión confirmada de estrellas de neutrones emerger de detrás del sol

Un equipo de investigación dirigido por astrónomos de la Universidad de Warwick tuvo que esperar más de 100 días para ver la primera fusión confirmada de estrellas de neutrones para emerger detrás del resplandor del sol.

Fueron recompensados ​​con el primer avistamiento visual confirmado de un chorro de material que aún salía de la estrella fusionada exactamente 110 días después de que se observara por primera vez el cataclísmico evento inicial de fusión. Sus observaciones confirman una predicción clave sobre las consecuencias de las fusiones de estrellas de neutrones.

La fusión de estrellas de neutrones binarios GW170817 ocurrió a 130 millones de años luz de distancia en una galaxia llamada NGC 4993. Fue detectada en agosto de 2017 por el Observatorio de Ondas Gravitacionales del Interferómetro Láser Avanzado (Adv-LIGO) y por observaciones de Ráfagas de Rayos Gamma (GRB). y luego se convirtió en la primera fusión de estrellas de neutrones observada y confirmada por astronomía visual.

Después de unas semanas, la estrella fusionada pasó detrás del resplandor de nuestro sol dejándola efectivamente oculta a los astrónomos hasta que volvió a emerger de ese resplandor 100 días después del evento de fusión. Fue en ese momento que el equipo de investigación de la Universidad de Warwick pudo usar el Telescopio Espacial Hubble para ver que la estrella todavía estaba generando un poderoso rayo de luz en una dirección que, aunque fuera del centro de la Tierra, comenzaba a extenderse en nuestra dirección.

Su investigación acaba de ser publicada en un artículo titulado: "El resplandor óptico del estallido corto de rayos gamma asociado con GW170817" en Astronomía de la naturalezaa las 4 p.m., hora del Reino Unido, el lunes 02 de julio de 2018.

El autor principal del artículo, el Dr. Joe Lyman del Departamento de Física de la Universidad de Warwick, dijo:

"Al principio, vimos luz visible impulsada por la desintegración radiactiva de elementos pesados, más de cien días después y esto se ha ido, pero ahora vemos un chorro de material, expulsado en ángulo hacia nosotros, pero casi a la velocidad de la luz. . Esto es bastante diferente de lo que algunas personas han sugerido, que el material no saldría en un chorro, sino en todas las direcciones ".

El profesor Andrew Levan del Departamento de Física de la Universidad de Warwick, otro de los principales autores de los artículos, agregó:

"Si hubiéramos mirado hacia abajo este rayo, habríamos visto un estallido realmente poderoso de rayos gamma. Esto significa que es muy probable que cada estrella de neutrones que se fusiona realmente cree un estallido de rayos gamma, pero solo vemos una una pequeña fracción de ellos porque el chorro no se alinea con tanta frecuencia. Las ondas gravitacionales son una forma completamente nueva de encontrar este tipo de evento, y podrían ser más comunes de lo que pensamos ".

Estas observaciones confirman la predicción hecha por el segundo autor del artículo, el Dr. Gavin Lamb del Departamento de Física y Astronomía de la Universidad de Leicester, dijo que este tipo de eventos revelarán la estructura de estos chorros de material que viajan cerca de la velocidad de la luz. :

"El comportamiento de la luz de estos chorros, cómo se ilumina y se desvanece, se puede utilizar para determinar la velocidad del material en todo el chorro. A medida que el resplandor se aclara, vemos más profundamente en la estructura del chorro y sondeamos los componentes más rápidos. ayúdenos a comprender cómo se forman estos chorros de material, que viajan cerca de la velocidad de la luz, y cómo se aceleran a estas velocidades fenomenales ".

Apoyo a la investigación: La investigación se basó en observaciones realizadas con el Telescopio Espacial Hubble de la NASA / Agencia Espacial Europea, obtenidas del archivo de datos del Instituto de Ciencias del Telescopio Espacial (STScI). STScI es operado por la Asociación de Universidades para la Investigación en Astronomía, Inc. bajo el contrato de la NASA NAS 5-26555. Este proyecto ha recibido financiación del Consejo Europeo de Investigación (ERC) en el marco del programa de investigación e innovación Horizonte 2020 de la Unión Europea (acuerdo de subvención no 725246). La investigación también agradece el apoyo del Consejo de Instalaciones de Ciencia y Tecnología (STFC) a través de la subvención ST / P000495 / 1. El trabajo también fue apoyado por la Royal Astronomical Society, la Agencia Espacial del Reino Unido y la Unión Astronómica Internacional. Otros investigadores del equipo fueron apoyados individualmente por varias otras organizaciones.

La lista completa de organizaciones de investigación que contribuyen a esta investigación es: Departamento de Física, Universidad de Warwick, Instituto de Investigación Astrofísica, LJMU, Instituto de Birmingham para la Astronomía de Ondas Gravitacionales y Escuela de Física y Astronomía, Universidad de Birmingham, Centro Monash de Astrofísica, Escuela de Física y Astronomía, Universidad de Monash, Departamento de Física y Astronomía, Universidad de Leicester, el Centro de Cosmología Oscura, Instituto Niels Bohr, Instituto de Ciencias del Telescopio Espacial de la Universidad de Copenhague, Baltimore, Instituto de Astrof & aguda? sica de Andalucía & aguda? a (IAA-CSIC ), Glorieta de la Astronom & aguda? A The Cosmic Dawn Center, Copenhagen el Centro para la Exploración del Origen del Universo (CEOU), el Programa de Astronomía de la Universidad Nacional de Seúl, el Departamento de Física y Astronomía, la Universidad Nacional de Seúl el Centro de Astrofísica y Cosmología, Instituto de Ciencias, Universidad de Islandia INAF Instituto de Astrofísica Espacial y Física cósmica El Centro Oskar Klein, Departamento de Astronomía, Universidad de Estocolmo y el Instituto Anton Pannekoek, Universidad de Amsterdam.

Para más información póngase en contacto:

Profesor Andrew J. Levan,
Departamento de Física,
Universidad de Warwick
Tel: 0247 657 4740 (teléfono móvil disponible de Luke Walton a continuación)
[email protected]

Dr. Joseph Lyman
Departamento de Física,
Universidad de Warwick
Tel: 024765 23383 (teléfono móvil disponible de Luke Walton a continuación)
correo electrónico: [email protected]

Luke Walton, director de prensa internacional
Universidad de Warwick
+44 (0) 7824 540 863
+44 (0) 2476 150 868
[email protected]

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Los astrónomos decodifican un extraño patrón de rayos X proveniente de una estrella de neutrones

Esas explosiones de rayos X vienen en un patrón extraño, y ese patrón ha durado meses.

Los astrónomos han detectado un patrón raro en las explosiones de rayos X provenientes de un sistema de estrellas de neutrones a no más de 16.300 años luz de distancia.

Ese sistema estelar, MAXI J1621−501, apareció por primera vez el 9 de octubre de 2017, en los datos de Swift / XRT Deep Galactic Plane Survey como un punto extraño en el espacio que parpadea de manera impredecible con rayos X. Esa fue una señal, escribieron los investigadores en un nuevo artículo, de un sistema binario que contiene tanto una estrella normal como una estrella de neutrones o un agujero negro. Tanto las estrellas de neutrones como los agujeros negros pueden crear patrones de rayos X impredecibles a medida que absorben materia de sus estrellas compañeras, pero de formas muy diferentes.

En los agujeros negros, como Live Science informó anteriormente, los rayos X provienen de la materia que se acelera a velocidades extremas y genera una enorme fricción a medida que cae hacia el pozo de gravedad. En las estrellas de neutrones y los cadáveres superdensos de estrellas gigantes que explotaron pero no se colapsaron en singularidades, los rayos X provienen de explosiones termonucleares en sus costras exteriores. Algo está haciendo que los átomos se fusionen en las partes más externas de estas extrañas estrellas, liberando enormes energías que generalmente se encuentran solo en las profundidades de las estrellas (así como en los núcleos de poderosas bombas de hidrógeno). Parte de esa energía se escapa como luz de rayos X.

A medida que la materia de una estrella normal se estrella en una estrella de neutrones superpesada y superpesada, estas explosiones termonucleares crean nubes en forma de hongo lo suficientemente brillantes como para verlas con telescopios de rayos X. The authors of this new paper, released online Aug. 13 in the preprint journal arXiv, show that the X-ray outbursts from MAXI J1621−501 are coming from thermonuclear explosions on the surface of the duo&rsquos neutron star &mdash and that the light from those thermonuclear explosions is following a pattern that repeats roughly every 78 days.

The source of that pattern isn't entirely clear. Scientists have only found about 30 other lights in space that flicker this way, the researchers wrote. They refer to patterns like this one as "superorbital periods." That's because the pattern follows a cycle that lasts much longer than the binary stars' orbit around one another, which in the case of MAXI J1621−501 takes just 3 to 20 hours.

The best explanation for this 78-day period, the authors wrote, comes from a paper published in the journal Monthly Notices of the Royal Astronomical Society in 1999. Neutron stars in binary systems like this one, the authors wrote, are surrounded by whirling clouds of material that gets sucked off the regular star and toward the neutron star, creating a spinning, gassy skirt called an accretion disk.

A simple model of those cloud disks suggests they are always aligned in one direction &mdash they would look just like the rings circling Saturn if you were to follow the planet around in space, staring edge-on at the rings. In that model, you'd never see any change in the X-ray light, because you&rsquod always be staring at the same spot on the accretion disk between you and the neutron star. The only change to the light would come from changes in the thermonuclear explosions themselves.

But reality is more complicated. What's likely happening, the authors wrote, is that the whirling disk around the neutron star in this binary system is wobbling from the perspective of Earth, like a top about to tip over. Sometimes the wobble puts more disk between the neutron star and Earth, sometimes less. We can't see the disk itself. But if that wobble is happening and it causes the disk to cross between us and the star every 78 days, it would create the pattern astronomers have observed.

Astronomers watched MAXI J1621−501 for 15 months after the 2017 discovery, the researchers wrote, and saw the pattern repeat six times. It didn't repeat perfectly, and there were other, smaller dips in the X-ray light. But the wobbling disk remains far and away the best possible explanation for this weird X-ray pattern in space.


LIGO-Virgo Network Catches Another Neutron Star Collision

On April 25, 2019, the LIGO Livingston Observatory picked up what appeared to be gravitational ripples from a collision of two neutron stars. LIGO Livingston is part of a gravitational-wave network that includes LIGO (the Laser Interferometer Gravitational-wave Observatory), funded by the National Science Foundation (NSF) and the European Virgo detector. Now, a new study confirms that this event was indeed likely the result of a merger of two neutron stars. This would be only the second time this type of event ever been observed in gravitational waves.

The first such observation, which took place in August of 2017, made history for being the first time that both gravitational waves and light were detected from the same cosmic event. The April 25 merger, by contrast, did not result in any light being detected. However, through an analysis of the gravitational-wave data alone, researchers have learned that the collision produced an object with an unusually high mass.

"From conventional observations with light, we already knew of 17 binary neutron star systems in our own galaxy and we have estimated the masses of these stars," says Ben Farr, a LIGO team member based at the University of Oregon. "What's surprising is that the combined mass of this binary is much higher than what was expected."

"We have detected a second event consistent with a binary neutron star system and this is an important confirmation of the August 2017 event that marked an exciting new beginning for multi-messenger astronomy two years ago," says Virgo spokesperson Jo van den Brand, a professor at Maastricht University, Nikhef, and VU University Amsterdam in the Netherlands. Multi-messenger astronomy occurs when different types of signals, such as those based on gravitational waves and light, are witnessed simultaneously.

The study, submitted to La Cartas de revistas astrofísicas, is authored by an international team comprised of the LIGO Scientific Collaboration and the Virgo Collaboration, the latter of which is associated with the Virgo gravitational-wave detector in Italy. The results were presented at a press briefing today, January 6, at the 235th meeting of the American Astronomical Society, held in Honolulu, Hawaii.

Neutron stars are the remnants of dying stars that undergo catastrophic explosions as they collapse at the end of their lives. When two neutron stars spiral together, they undergo a violent merger that sends gravitational shudders through the fabric of space and time.

LIGO became the first observatory to directly detect gravitational waves in 2015 in that instance, the waves were generated by the fierce collision of two black holes. Since then, LIGO and Virgo have registered dozens of additional candidate black hole mergers.

The August 17 neutron star merger was witnessed by both LIGO detectors, one in Livingston, Louisiana, and one in Hanford, Washington, together with a host of light-based telescopes around the world (neutron star collisions produce light, while black hole collisions are generally thought not to do so). This merger was not clearly visible in the Virgo data, but that fact provided key information that ultimately pinpointed the event's location in the sky.

The April 2019 event was first identified in data from the LIGO Livingston detector alone. The LIGO Hanford detector was temporarily offline. The event took place more than 500 million light-years from Earth, and so was too faint to be detected with Virgo's current sensitivity. However, using the Livingston data, combined with information derived from Virgo's lack of a detection, the team narrowed the location of the event to a patch of sky more than 8,200 square degrees in size, representing about 20 percent of the sky. For comparison, the August 2017 event was narrowed to a region of just 16 square degrees, or 0.04 percent of the sky.

"This is our first published event for a single-observatory detection," says Caltech's Anamaria Effler (BS ✆), a scientist who works at LIGO Livingston. "But Virgo made a valuable contribution. We used information about its non-detection to tell us roughly where the signal must have originated from."

The LIGO data reveal that the combined mass of the merged bodies is about 3.4 times that of the mass of our sun. Previously detected neutron star collisions produced final masses of no more than 2.9 times that of the sun. One possibility for the unusually high mass is that the collision took place not between two neutron stars but between a neutron star and a black hole, since black holes are heavier than neutron stars. But if this were the case, the black hole would have to be exceptionally small for its class. Instead, the scientists believe it is much more likely that LIGO witnessed a shattering of two neutron stars.

"What we know from the data are the masses, and the individual masses most likely correspond to neutron stars. However, as a binary neutron star system, the total mass is much higher than any of the other known galactic neutron star binaries," says Surabhi Sachdev (MS ✗, PhD ✙), a LIGO team member based at Penn State. "And this could have interesting implications for how the pair originally formed."

Neutron star pairs are thought to form in two possible ways. They might form from binary systems of massive stars that each end their lives as neutron stars, or they might arise when two separately formed neutron stars come together within a dense stellar environment. The LIGO data for the April 25 event do not indicate which of these scenarios is more likely, but they do suggest that more data and new models are needed to explain the merger's unexpectedly high mass.

Additional information about the gravitational-wave observatories:


Ver el vídeo: How does light work, and how do we see it? (Diciembre 2022).