Un par de estrellas de neutrones acercándose en espiral una hacia la
otra se fundirán en una violenta explosión la cual producirá ondas gravitacionales detectables.Un nuevo estudio conducido
por un estudiante de la Universidad de California en Santa Cruz, predice por
primera vez donde este tipo de fusiones son probable que ocurran en el
vecindario galáctico local.
Según Enrico Ramirez-Ruiz, profesor asociado de astronomía y astrofísica en la Universidad de California en Santa Cruz(UCSC), los resultados proporcionan información valiosa para los investigadores de los detectores de ondas gravitacionales, tales como el LIGO (Interferometry Gravitational-Wave Observatory) en Louisiana y Washington. "Este es un resultado muy importante, ya que es probable que altere significativamente la forma en que los observatorios de ondas gravitacionales en la actualidad operan", dijo Ramírez-Ruiz.
Luke Zoltan Kelley, estudiante de la UCSC quien trabaja con Ramírez-Ruiz, es el primer autor de un artículo que describe los nuevos hallazgos, que se publicarán el 10 de diciembre en Astrophysical Journal Letters .
Una predicción clave de la teoría general de la relatividad de Einstein, las ondas gravitacionales son ondulaciones en el tejido del espacio-tiempo provocada por los movimientos de objetos masivos.Los científicos todavía no han detectado ondas gravitatorias directamente porque son muy débiles y decaen rápidamente, pero una actualización planeada para LIGO (llamada Advanced LIGO) se espera que aumente considerablemente su sensibilidad. Compactas binarias –las cuales pueden consistir de dos estrellas de neutrones, dos agujeros negros, o uno de cada uno - se encuentran entre los mejores candidatos para emitir ondas gravitacionales que podrían ser detectadas por LIGO u otros experimentos en curso.
Kelley investigó las implicaciones de una observación fundamental sobre binarias compactas: Los dos objetos no sólo se mueven en órbita alrededor uno del otro, sino también típicamente están viajando a gran velocidad por el espacio juntos, su centro de masa se mueve con una velocidad que puede estar muy por encima de los 200 kilómetros por segundos.
"Cuando los dos objetos se fusionen, es probable que se encuentren muy alejados de la galaxia donde nacieron", dijo Kelley.
Esto tiene implicaciones para los esfuerzos de observar las fusiones que emiten ondas gravitatorias.Los científicos esperan que coincida una detección en un observatorio de ondas gravitacionales con las observaciones de telescopio del evento de la fusión correspondiente. El nuevo estudio sugiere que los astrónomos podrían no querer buscar en las galaxias más cercanas a estas "contrapartes ópticas" de las ondas gravitacionales.
"Nuestras predicciones muestran que el propuesto uso de los catálogos de galaxias para el seguimiento de posibles detecciones de onda de gravedad- necesitará tener en cuenta la posibilidad de fusión lejos de las galaxias observadas", dijo Ramírez-Ruiz.
El "impulso" que envía a las binarias compactas a salir fuera de su galaxia de origen proviene de una ligera asimetría en las explosiones de supernovas que dan origen a las estrellas de neutrones y los agujeros negros. Cuando una estrella masiva explota, su núcleo colapsa para formar una estrella de neutrones (una pelota de rotación rápida densamente poblada de neutrones) o un agujero negro. De acuerdo con Kelley, una asimetría de uno por ciento en la explosión de la supernova daría lugar a una velocidad de retroceso de alrededor de 1.000 kilómetros por segundo (alrededor de 2 millones de millas por hora).
"Eso es alrededor de la velocidad máxima observada en las estrellas de neutrones y pulsares solitario", dijo. "En los sistemas binarios, la velocidad neta del "impulso" para el centro de masa es sensiblemente menor, y aún bastante incierta, pero es alrededor de 200 kilómetros por segundo."
Los investigadores utilizaron una simulación cosmológica estándar de la materia oscura y la formación de estructura en el universo para estudiar cómo las diferentes velocidades del "impuso" afectaría a la distribución de la fusión de binarias compactas. La simulación, se ejecutó en una supercomputadora en la UCSC, mostrando la formación de halos de materia oscura, cuya atracción gravitacional se cree conduce a la formación de galaxias. Los investigadores poblaron los halos más masivos con partículas marcadoras que representaban a los compactos sistemas binarios. Corridas por separado, dieron las diferentes velocidades de las binarias.
Después de ejecutar el modelo para una edad simulada de 13.8 mil millones años (la edad actual del universo), Kelley encontró una región que se parecía a nuestro universo local, con una galaxia del tamaño de la Vía Láctearodeada por un conjunto comparable de galaxias vecinas. Él entonces generó una imagen del cielo tal y como aparecería a los astrónomos en el universo simulado, mostrando la ubicación de binarias compactas y las galaxias locales.
Los resultados mostraron que las variaciones en la velocidad del "impulso" dieron lugar a marcadas diferencias en la distribución de binarias compactas. Si la fusión de una binaria compacta se produce lejos del fondo brillante de una galaxia, ella podría ser detectada por un telescopio de rastreo, como el previsto LSST (Large Synoptic Survey Telescope). Los operadores de los observatorios de ondas gravitacionales entonces conocerían cuándo y dónde buscar en sus datos una señal de ondas gravitacionales,dijo Ramírez-Ruiz.
Él y sus colegas de la UCSC, incluyendo al astrofísico teórico Stan Woosley y el estudiante graduado Luke Roberts, están tratando de averiguar lo que la señal óptica de la fusión de una compacta-binaria debería ser. "La detección de las contrapartes ópticas de las detección de ondas gravitacionales será mucho más fácil si no están dentro de las galaxias", dijo Ramírez-Ruiz.
Además de Kelley y Ramírez Ruiz, como co-autores del papel están Marcel Zemp de la Universidad de Michigan, Ann Arbor; Diemand Jürg del Instituto de Física Teórica en la Universidad de Zurich, y Ilya Mandel del Instituto de Tecnología de Massachusetts. Esta investigación fue financiada por la NASA, la David and Lucile Packard Foundation, de los EE.UU,la National Science Foundation y el Swiss National Science Foundation.
el estudio se puede leer AQUÏ
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