Estas dos estrellas de neutrones eran muy densas, tan pesadas como nuestro Sol pero con solo 10 kilómetros de diámetro, y chocaron entre sí hace 130 millones de años, cuando los dinosaurios deambulaban por la Tierra, en una galaxia relativamente antigua que ya no formaba muchas estrellas. Los dos astros se fueron acercando el uno al otro a lo largo de millones de años luz, y giraron alrededor cada vez más rápido a medida que se acercaban, incluso hasta quinientas veces por segundo.
Esta fusión envió unas ondas a través de la trama del espacio y el tiempo, las llamadas ondas gravitacionales, que el observatorio LIGO detectó el pasado 17/10, junto con una ráfaga de rayos gamma de corta duración detectada dos segundos después por el satélite Fermi. La noche siguiente, telescopios de todo el mundo apuntaban al lugar del espacio de donde provenían las señales y uno de ellos, el maravilloso Hubble, fue el primero en observar la kilonova en una galaxia llamada NGC 4993, a 130 millones de años luz de distancia.
LIGO es un Observatorio de detección de ondas gravitatorias. La sigla proviene de Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory (Observatorio de ondas gravitatorias por interferometría láser). La misión para la que se diseñó es confirmar la existencia de las ondas gravitatorias predichas por la teoría de la relatividad general de Einstein, y medir sus propiedades. La primera observación directa de una onda gravitatoria se produjo el 14 de septiembre de 2015, identificándose con el código GW150914, y se presentó al público el 11 de febrero de 2016.
La detección constituye otra ratificación de la teoría, que predice la formación de ondas gravitatorias en fenómenos cósmicos masivos tales como choque de galaxias, explosión de supernovas, formación de agujeros negros o de estrellas de neutrones al fundirse sistemas binarios con ambos componentes masivos y cercanos entre sí. En este último caso se puede predecir la amplitud y frecuencia de las ondas identificándose las propiedades del objeto emisor. También la teoría del Big Bang implica la formación de ondas gravitatorias en los primeros instantes del Universo y la existencia de un fondo de ondas gravitatorias análogo a la radiación de fondo de microondas o radiación cósmica.
"Las exquisitas observaciones obtenidas en pocos días mostraron que estábamos observando un kilonova, un objeto cuya luz es alimentada por reacciones nucleares extremas. Esto nos dice que los elementos pesados, como el oro o el platino utilizados en joyería, son las cenizas forjadas a mil millones de grados en una estrella de neutrones que se fusiona", explica Joe Lyman, del Observatorio Europeo Austral (ESO), quien fue el primero el alertar a la comunidad científica de que tenía la imagen de algo increíble.
Como explica Samantha Oates, de la británica Universidad de Warwick, que también participó en el hallazgo, "este descubrimiento ha respondido a tres preguntas que han desconcertado a los astrónomos durante décadas: ¿qué sucede cuando se fusionan las estrellas de neutrones? ¿Qué causa los estallidos de rayos gamma de corta duración? ¿Dónde se forman los elementos pesados como el oro? En el plazo de una semana, los tres misterios fueron resueltos."
La detección simultánea de las diferentes señales que nos han llegado de la colisión, tanto las ondas gravitacionales como las electromagnéticas –lo que los físicos llaman mensajeros–, inaugura una nueva era en la astrofísica.
Así lo expresa Stefano Covino, que también ha colaborado en el descubrimiento. “Se abre un abanico nuevo de posibilidades para que los investigadores de hoy estudien el universo”, sostiene este investigador del Instituto Nacional de Astrofísica de Merate (Italia).
Por primera vez, los científicos han observado ondulaciones en el tejido del espacio-tiempo llamadas ondas gravitatorias, detectadas al llegar a la Tierra desde un evento catastrófico en el universo distante. Esto confirma una importante predicción de 1915 de la teoría general de la relatividad de Einstein y se abre una nueva ventana observacional sin precedentes en la historia de la exploración humana del cosmos.
Las ondas gravitatorias llevan la información acerca de sus orígenes primordiales y sobre la naturaleza de la gravedad que no se puede obtener de otra manera. Los físicos han llegado a la conclusión de que las ondas gravitatorias detectadas se produjeron durante la última fracción de un segundo de la fusión de dos agujeros negros para producir un único agujero negro más masivo. Esta colisión de dos agujeros negros se había predicho pero nunca se había observado experimentalmente.
El desarrollo de LIGO comenzó en 1984 de la mano de Kip S. Thorne, titular de la cátedra Feynman del Instituto tecnológico de California (Caltech), y de Reiner Weiss, catedrático de física en el Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT).
Ha tenido unos costes de desarrollo y operaciones de 365 millones de dólares. En 2004 el proyecto terminó la construcción de los instrumentos y las labores de calibración, comenzando a operar. Consta de dos observatorios:
El Observatorio Livingston (30°33′46.42″N 90°46′27.27″O), en Luisiana, que consiste en un sistema inteferométrico láser de dos brazos perpendiculares y en condiciones de vacío con un recorrido óptico de 4 km. Se basa en detectar las ondas gravitatorias a través de los minúsculos movimientos que producen en los espejos, lo que se traduce en la generación de un patrón de difracción en la señal del interferómetro.
El Observatorio Hanford (46°27′18.52″N 119°24′27.56″O), situado en Richland, en el estado de Washington, posee un interferómetro similar al de Livingston con un recorrido óptico de 2 km y la mitad de sensibilidad.
El proceso del gran descubrimiento ha supuesto la coordinación de un gran número de observatorios por todo el mundo (70, incluido el telescopio espacial Hubble) y se ha anunciado hoy simultáneamente en tres lugares diferentes del planeta (Múnich, Londres y Washington), para subrayar su importancia y los resultados de la cooperación internacional.
Por parte europea la organización astronómica ESO, a la que pertenece España, explica que su parque de grandes telescopios situados en Chile ha detectado la contrapartida visible de la fuente de ondas gravitacionales, algo que nunca se había conseguido. Esta fuente sería un objeto transitorio predicho por la teoría, llamado kilonova, surgido de la fusión de dos estrellas de neutrones.
La kilonova se va diluyendo y en el proceso dispersa elementos pesados como el oro, el plomo y el platino, producidos por nucleosíntesis en el interior de las estrellas de neutrones, por el Universo. Eso afirma que la evolución del brillo y otros datos indican que es la primera observación confirmada de una kilonova, a pesar de que el telescopio Hubble creyó haber observado una, aunque con muchos menos datos, en 2013.
Las estrellas de neutrones son las más pequeñas y densas conocidas y son restos de la explosión de estrellas masivas, un fenómeno que se conoce como supernova. Al ser menos masivas que los agujeros negros, sus señales son distintas. En este caso, se calculó que cada estrella tenía una masa de entre 1,1 y 1,6 masas solares y un diámetro de solo 20 kilómetros.
El oro es un metal de transición blando, brillante, amarillo, pesado, maleable y dúctil. El oro no reacciona con la mayoría de los productos químicos, pero es sensible y soluble al cianuro, al mercurio, al agua regia, al cloro y a la lejía. Este metal se encuentra normalmente en estado puro, en forma de pepitas y depósitos aluviales. Es un elemento que se crea gracias a las condiciones extremas en el núcleo colapsante de las supernovas. Cuando la reacción de una fusión nuclear cesa, las capas superiores de la estrella se desploman sobre el núcleo estelar, comprimiendo y calentando la materia hasta el punto de que los núcleos más ligeros, como por ejemplo el hierro, se fusionan para dar lugar a los metales más pesados (uranio, oro, etc.). Un estudio sugiere que el oro del planeta provino de la colisión de estrellas de neutrones. Otras teorías apuntan a que el oro se forma de gases y líquidos que se elevan desde la estructura interna de la Tierra, los cuales se trasladan a la superficie a través de fallas de la corteza terrestre. Sin embargo, las presiones y temperaturas que se dan en el interior de la Tierra no son suficientes como para dar lugar a la fusión nuclear de la cual surge el oro.
Finalmente, el origen de este metal en el Universo ha sido confirmado por el gran trabajo de un gran número de científicos.
