Predicen con simulaciones nueva fuente de ondas gravitacionales detectables provenientes de estrellas en colapso
Table of Contents
La muerte de una estrella masiva que gira rápidamente puede sacudir el universo. Y las ondas resultantes, conocidas como ondas gravitacionales, podrían captarse mediante instrumentos en la Tierra, según una nueva investigación publicada en The Astrophysical Journal Letters. Estas nuevas fuentes de ondas gravitacionales sólo esperan ser descubiertas, aseguran los científicos detrás de la investigación.
Las ondas gravitacionales surgen tras la muerte violenta de estrellas que giran rápidamente y tienen entre 15 y 20 veces la masa del Sol. Al quedarse sin combustible, estas estrellas implosionan y luego explotan, en un evento conocido como colapso. Esto deja un agujero negro rodeado por un gran disco de material sobrante que rápidamente gira hacia las fauces del agujero negro. La espiral de material, que dura apenas unos minutos, es tan grande que distorsiona el espacio a su alrededor, creando ondas gravitacionales que viajan por todo el universo.
Evolución del espectro GW - modelo C, Crédito del vídeo: Ore Gottlieb et al.
Utilizando simulaciones de vanguardia, los científicos determinaron que estas ondas gravitacionales podrían detectarse con instrumentos como el Observatorio de Ondas Gravitacionales con Interferómetro Láser (LIGO), que realizó las primeras observaciones directas de ondas gravitacionales provenientes de la fusión de agujeros negros en 2015. Si se detectan, las ondas impulsadas por las collapsars1 ayudarían a los científicos a comprender el misterioso funcionamiento interno de las ondas devenidas del colapso y de los agujeros negros.
Los investigadores utilizaron simulaciones magnetohidrodinámicas relativistas generales en 3D de última generación de estrellas en colapso. Estas simulaciones incorporan una métrica de Kerr fija para el agujero negro central (BH) y emplean prescripciones simplificadas para la refrigeración del disco
Disco refrigerado de un colapsar. Densidad de masa logarítmica (c.g.s.) - espín 0,8 (modelo C). Crédito del vídeo: Ore Gottlieb et al.
“Actualmente, las únicas fuentes de ondas gravitacionales que hemos detectado provienen de la fusión de dos objetos compactos: estrellas de neutrones o agujeros negros”, señaló el líder del estudio Ore Gottlieb, investigador del Centro de Astrofísica Computacional (CCA por Center for Computational Astrophysics) del Instituto Flatiron en la ciudad de Nueva York. “Una de las preguntas más interesantes en este campo es: ¿Cuáles son las posibles fuentes no fusionadas que podrían producir ondas gravitacionales que podemos detectar con las instalaciones actuales? Una respuesta prometedora ahora son los collapsars”.
Densidad de volumen de deformación para observadores en el eje: giro 0,8. Crédito del vídeo: Ore Gottlieb et al.
Gottlieb, junto con el académico visitante del CCA y profesor de Columbia, Yuri Levin, y el profesor de la Universidad de Tel Aviv, Amir Levinson, simuló las condiciones (incluidos los campos magnéticos y las tasas de enfriamiento) que se encuentran después del colapso de una estrella masiva en rotación. Las simulaciones demostraron que los colapsares pueden producir ondas gravitacionales lo suficientemente potentes como para ser visibles desde unos 50 millones de años luz de distancia. Esa distancia es menos de una décima parte del rango detectable de las ondas gravitacionales más poderosas provenientes de fusiones de agujeros negros o estrellas de neutrones, aunque sigue siendo más fuerte que cualquier evento que no sea una fusión simulada hasta ahora.
Densidad de masa logarítmica (c.g.s.) - espín 0,8 - precesión. Crédito del vídeo: Ore Gottlieb et al.
Los nuevos hallazgos son una sorpresa, según Gottlieb. Los científicos pensaron que el caótico colapso crearía una mezcla de ondas que sería difícil de distinguir entre el ruido de fondo del universo. Imaginemos una orquesta calentando previo al concierto. Cuando cada músico toca sus propias notas, puede resultar difícil distinguir la melodía que proviene de una flauta o tuba. Por otro lado, las ondas gravitacionales procedentes de la fusión de dos objetos crean señales claras y fuertes, como las de una orquesta tocando al unísono. Esto se debe a que cuando dos objetos compactos están a punto de fusionarse, bailan en una órbita estrecha que crea ondas gravitacionales con cada giro. Este ritmo de ondas casi idénticas amplifica la señal a un nivel que puede detectarse. Las nuevas simulaciones mostraron que los discos giratorios alrededor de los colapsares también pueden emitir ondas gravitacionales que se amplifican juntas, de manera muy similar a los objetos compactos que orbitan en fusiones.
Densidad de masa logarítmica (c.g.s.) - espín 0,1. Crédito del vídeo: Ore Gottlieb et al.
QUEDAN CUATRO VIDEOS HASTA EL FINAL DEL SITIO DE Gottlieb
https://oregottlieb.com/disk_gw.html
“Pensé que la señal sería mucho más confusa porque el disco es una distribución continua de gas con material girando en diferentes órbitas”, sostuvo Gottlieb. Pero “descubrimos que las ondas gravitacionales de estos discos se emiten de manera coherente y también son bastante fuertes”.
Densidad de masa logarítmica (c.g.s.) - spin 0.1 - versión artista. Crédito del vídeo: Ore Gottlieb et al.
Así, no sólo la señal predicha de los discos colapsares es lo suficientemente fuerte como para ser detectada por LIGO, sino que los cálculos de Gottlieb sugieren que algunos eventos podrían ya estar en conjuntos de datos existentes. Los detectores de ondas gravitacionales propuestos, como el Cosmic Explorer y el Telescopio Einstein, podrían detectar docenas por año.
La comunidad de ondas gravitacionales ya está interesada en buscar estos eventos, pero no es una tarea fácil. El nuevo trabajo calculó firmas de ondas gravitacionales para un número modesto de posibles eventos de colapso. Las estrellas, sin embargo, abarcan una amplia gama de perfiles de masa y rotación, lo que crearía diferencias en las señales de ondas gravitacionales calculadas.
Densidad de masa logarítmica (c.g.s.) - enfriamiento débil. Crédito del vídeo: Ore Gottlieb et al.
“En principio, lo ideal sería simular un millón de colapsares para poder crear una plantilla genérica, pero lamentablemente se trata de simulaciones muy caras”, advirtió Gottlieb. “Así que, por ahora, tenemos que elegir otras estrategias”.
Collapsar weakly cooled disk magnetized. Densidad de masa logarítmica (c.g.s.) - enfriamiento suave. Crédito del vídeo: Ore Gottlieb et al.
Los científicos pueden examinar datos históricos para ver si algún evento es similar al que simuló Gottlieb. Sin embargo, dada la variedad de estrellas, cada una con una señal potencialmente única, probablemente sea poco probable encontrar una coincidencia para una de las señales simuladas. Otra estrategia es utilizar otras señales de eventos colapsares cercanos, como supernovas o explosiones de rayos gamma que se emiten durante el colapso de la estrella, y luego buscar en los archivos de datos para ver si se detectó al mismo tiempo alguna onda gravitacional en esa área del cielo.
Post merger diskGW. Simulaciones 3D GRMHD de la formación de discos en un BNS posterior a la fusión. Densidad de masa logarítmica (c.g.s.). Crédito del vídeo: Ore Gottlieb et al.
La detección de ondas gravitacionales generadas por colapsares ayudaría a los científicos a comprender mejor la estructura interna de la estrella en el momento del colapso y también les permitiría aprender sobre las propiedades de los agujeros negros, dos temas que aún no se comprenden bien. “Son cosas que de otro modo no podríamos detectar”, explicó Gottlieb. “La única forma que tenemos de estudiar estas regiones estelares internas alrededor del agujero negro es a través de las ondas gravitacionales”, concluyó, con lo que parecemos estar ante un rompecabezas incompleto, en el que la única ficha faltante no ha sido creada… todavía.
Importante #
-
El paper In LIGO’s Sight? Vigorous Coherent Gravitational Waves from Cooled Collapsar Disks, fue publicado en The Astrophysical Journal Letters
-
¿Qué es el Instituto Flatiron? Según su equipo de prensa, el Instituto Flatiron es la división de investigación de la Fundación Simons. La misión del instituto es promover la investigación científica a través de métodos computacionales, incluido el análisis de datos, la teoría, el modelado y la simulación. El Centro de Astrofísica Computacional del instituto crea nuevos marcos computacionales que permiten a los científicos analizar grandes conjuntos de datos astronómicos y comprender la física compleja de múltiples escalas en un contexto cosmológico.
Contacto - Contact Us #
A menudo tengo la inquietud de saber si los autores de los estudios, papers, revisiones, investigaciones que compartimos, traducimos aquí, tendrán alguna sugerencia, corrección, contribución para hacer. Tal vez, hay una actualización de esos estudios y papers, y quieren compartirla con nosotros y que la publiquemos. Si se preguntó si leeremos esos artículos -temáticas afines a las abordamos en Notaspampeanas- por favor, utilicen el correo electrónico que está un poco más abajo. ¡Gracias!
I often have the concern of knowing if the authors of the studies, papers, reviews, researchs that we share, translate here, will have any suggestions, corrections, or contributions to make. Perhaps, there is an update to those studies and papers, and they want to share it with us and have us publish it. If you were wondering if we will read those articles - topics similar to those we address in Notaspampeanas - please use the email address below. Thank you!
Do You Like This? Make a donation - ¿Te gusta esto? Doná #
Donaciones-Donations
Alias CBU: ALETA.GRIS.CORDON
BTC: 3GqfXZorhmypEAPrhf8LuVhfgbJWziWk7N
ETH: 0x9F036AC4FCc1F025e1B5e9dA438826E310B20245
USD Coin: 0x9F036AC4FCc1F025e1B5e9dA438826E310B20245
Ltc: MJqeqEsx6QDPpfDCXdNJEE2VEBUmWk9nQr
USDT: 0x9F036AC4FCc1F025e1B5e9dA438826E310B20245
DOGE: DMh6sDEFbY9QVsK6x3f2952wWzG2ty89Rh
-
Una colapsar es una estrella que ha sufrido un colapso gravitacional. Cuando una estrella ya no tiene suficiente combustible para reacciones de fusión significativas, hay tres resultados posibles, dependiendo de la masa de la estrella: si es menor que el límite de Chandrasekhar (1,4 masas solares), la estrella se estabilizará y se encogerá, convirtiéndose en una enana blanca. Entre el límite de Chandrasekhar y el límite de Tolman-Oppenheimer-Volkoff (aproximadamente 3 masas solares), se convertirá en una estrella de neutrones; y por encima del límite de Tolman-Oppenheimer-Volkoff, la estrella se convertirá en un agujero negro. Sin embargo, se teoriza que la alta densidad de los núcleos de las estrellas de neutrones permite la existencia de materia de quarks y, da como resultado, una estrella que es más masiva incluso que el límite de Tolman-Oppenheimer-Volkoff, pero aún así no es un agujero negro. ↩︎