Astrofísicos de la Universidad de Copenhague han descubierto una forma esférica perfecta en una kilonova, formada por la colisión de dos estrellas de neutrones que orbitan entre sí.
Las kilonovas dan lugar a las condiciones físicas más extremas del universo, y es en estas condiciones extremas cuando el universo crea los elementos más pesados de la tabla periódica, como el oro, el platino y el uranio.
Pero todavía hay mucho que desconocemos sobre este violento fenómeno. Cuando en 2017 se detectó una kilonova a 140 millones de años luz de distancia, fue la primera vez que los científicos pudieron recopilar datos detallados. Científicos de todo el mundo siguen interpretando los datos de esta colosal explosión, entre ellos Albert Sneppen y Darach Watson, de la Universidad de Copenhague, que han hecho un descubrimiento sorprendente, que han publicado en Nature.
Sus análisis se han realizado a partir de los datos de la kilonova AT2017gfo de 2017. Esos datos son la luz ultravioleta, óptica e infrarroja del espectrógrafo X-shooter del Very Large Telescope del Observatorio Europeo Austral, combinados con análisis previos de ondas gravitacionales, ondas de radio y datos del telescopio espacial Hubble.
"Se trata de dos estrellas supercompactas que orbitan entre sí 100 veces por segundo antes de colapsar. Nuestra intuición, y todos los modelos anteriores, dicen que la nube explosiva creada por la colisión debe tener una forma aplanada y bastante asimétrica", afirma Albert Sneppen, estudiante de doctorado en el Instituto Niels Bohr y primer autor del estudio publicado en la revista Nature.
Por eso él y sus colegas de investigación se sorprenden al descubrir que este no es en absoluto el caso de la kilonova de 2017. Es completamente simétrica y tiene una forma cercana a una esfera perfecta.
"Nadie esperaba que la explosión tuviera este aspecto. No tiene sentido que sea esférica, como una pelota. Pero nuestros cálculos muestran claramente que lo es. Esto probablemente significa que las teorías y simulaciones de kilonovas que hemos estado considerando durante los últimos 25 años carecen de física importante", afirma Darach Watson, profesor asociado del Instituto Niels Bohr y segundo autor del estudio.
Pero cómo la kilonova puede ser esférica es un verdadero misterio. Según los investigadores, debe de haber una física inesperada en juego: "La forma más probable de que la explosión sea esférica es que una enorme cantidad de energía salga del centro de la explosión y suavice una forma que, de otro modo, sería asimétrica. Así que la forma esférica nos dice que probablemente hay mucha energía en el núcleo de la colisión, lo cual era imprevisto", afirma Albert Sneppen.
Cuando las estrellas de neutrones colisionan, se unen brevemente formando una única estrella de neutrones hipermasiva, que luego colapsa hasta convertirse en un agujero negro. Los investigadores especulan si es en este colapso donde se esconde gran parte del secreto: "Tal vez se cree una especie de 'bomba magnética' en el momento en que la energía del enorme campo magnético de la estrella de neutrones hipermasiva se libera cuando la estrella colapsa en un agujero negro. La liberación de energía magnética podría hacer que la materia de la explosión se distribuyera de forma más esférica. En ese caso, el nacimiento del agujero negro podría ser muy energético", afirma Darach Watson.
Sin embargo, esta teoría no explica otro aspecto del descubrimiento de los investigadores. Según los modelos anteriores, aunque todos los elementos producidos son más pesados que el hierro, los elementos extremadamente pesados, como el oro o el uranio, deberían crearse en lugares distintos de la kilonova que los elementos más ligeros, como el estroncio o el criptón, y deberían ser expulsados en direcciones diferentes. Los investigadores, en cambio, sólo detectan los elementos más ligeros, y éstos se distribuyen uniformemente en el espacio.
Por ello, creen que las enigmáticas partículas elementales, los neutrinos, sobre los que aún se desconoce mucho, también desempeñan un papel clave en el fenómeno.
"Una idea alternativa es que en los milisegundos que dura la vida de la estrella de neutrones hipermasiva, ésta emite una gran cantidad de neutrinos. Los neutrinos pueden hacer que los neutrones se conviertan en protones y electrones, y crear así más elementos ligeros en general. Esta idea también tiene defectos, pero creemos que los neutrinos desempeñan un papel aún más importante de lo que pensábamos", afirma Albert Sneppen.
