Telescopios de La Palma participan en la detección de una 'mina de oro' en una colisión estelar lejana

Un equipo internacional de astrónomos, con participación de investigadores del Instituto de Astrofísica de Canarias y del CSIC, ha hallado evidencias de una kilonova en los datos de un estallido de rayos gamma detectado en agosto de 2016. Se trata de un fenómeno similar a las supernovas que produce grandes cantidades de elementos pesados, como oro y platino. Este evento se asemeja a otra explosión detectada por LIGO en 2017, cuya observación combinada en ondas luminosas y gravitacionales abrió la puerta a entender este tipo de objetos. Los resultados se publican en la revista Monthly Notices of the Royal Astronomical Society (MNRAS).

El 17 de agosto de 2017 los científicos hicieron historia con la primera observación de la fusión de dos estrellas de neutrones. Fue el primer evento cósmico detectado tanto en ondas gravitatorias como en todo el espectro de luz, desde los rayos gamma hasta las emisiones de radio. El estudio de los datos permitió comprobar que, tal y como predecía la teoría, la fusión de estrellas de neutrones produce un fenómeno similar a las supernovas, llamado kilonova, que genera grandes cantidades de elementos pesados. De hecho, se cree que el oro y el platino que se encuentra en la Tierra se formaron como resultado de antiguas kilonovas.

Tras el evento de 2017, detectado por primera vez por el instrumento LIGO, los astrónomos comenzaron a ajustar sus suposiciones sobre cómo debería aparecer una kilonova ante un observador terrestre. Por ello, reexaminaron los datos de un estallido de rayos gamma detectado en agosto de 2016 y hallaron evidencias de una kilonova que pasó desapercibida durante las observaciones iniciales.

“El evento de 2016 fue muy emocionante al principio; estaba cerca y era visible con los telescopios principales, incluido el telescopio espacial Hubble. Pero no coincidía con nuestras predicciones”, explica Eleonora Troja, investigadora de la Universidad de Maryland y autor principal del estudio. Sin embargo, los datos del evento de 2017 abrieron nuevas perspectivas. “Observamos nuestros datos antiguos con nuevos ojos – señala la astrofísica–, y nos dimos cuenta de que también habíamos capturado una kilonova en 2016. Era una combinación casi perfecta: los datos infrarrojos para ambos eventos tienen luminosidades similares y exactamente la misma escala de tiempo”.

Para Josefa Becerra, investigadora del IAC que ha participado en el estudio, “encontrar una kilonova es equivalente a descubrir una ‘mina de oro’ y otros elementos pesados en el Universo; su estudio es crucial para entender cómo se generan estos elementos”.  La astrofísica destaca que “hasta ahora sólo dos de estas kilonovas asociadas a estallidos de rayos gamma cortos han sido detectadas en infrarrojo, por lo que estamos empezando a poder estudiar este tipo de objetos: es fundamental conocer qué tipo de kilonovas hay y cuál es su comportamiento”.

Una colaboración de telescopios

En este trabajo, han tenido una gran importancia las observaciones complementarias realizadas tanto desde el espacio como desde tierra. Entre los telescopios terrestres han participado el Gran Telescopio Canarias (GTC) y el Telescopio William Herschel (WHT) en el Observatorio del Roque de los Muchachos en La Palma. “Este tipo de descubrimientos sólo se pueden llevar a cabo usando distintos instrumentos”, subraya José Acosta, investigador del IAC. “Las distintas medidas nos ayudan a trazar la ruta del tesoro, cual piratas cósmicos, en busca de oro y otros elementos pesados producidos en kilonovas”, aclara.

De hecho, la detección temprana con el GTC en el visible, permitió observar el evento prácticamente desde los primeros minutos, lo que aportó ideas nuevas sobre las etapas iniciales de una kilonova. “Para este tipo de estudios el GTC es una herramienta realmente útil. Su modo de operación en colas y su alta flexibilidad en cuanto a la instrumentación disponible permite que se puedan observar este tipo de eventos con diferentes instrumentos, como OSIRIS en visible y CIRCE en infrarrojo, de modo ágil incluso durante la misma noche”, explica Antonio Cabrera, jefe de operaciones científicas del GTC.

“La intensa señal infrarroja de este evento observada con el Telescopio Espacial Hubble frente a la emisión visible detectada con el GTC, lo convierte posiblemente en la kilonova más clara que hemos observado en el universo distante, concretamente en una galaxia espiral a 2.500 millones de años luz”, explica Alberto J. Castro Tirado, investigador del Instituto de Astrofísica de Andalucía (IAA-CSIC) que coordinó las observaciones realizadas durante varias semanas con el GTC.

Este trabajo abre la puerta para reevaluar eventos pasados, así como para mejorar el enfoque de las futuras observaciones “Gracias a lo aprendido en 2017, hemos podido volver a reanalizar los datos disponibles de 2016 e identificar esta nueva fábrica de elementos químicos. A medida que observemos más eventos de este tipo podremos estudiar cómo cambian las propiedades de las kilonovas y la producción de elementos dependiendo de sus progenitores”, concluye Becerra.

Artículo: E. Troja, A. J. Castro-Tirado, J. Becerra González et al. “The afterglow and kilonova of the short GRB 160821B”, Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, agosto 2019: https://doi.org/10.1093/mnras/stz2255