Dos estrellas de neutrones chocan

Cómo dos estrellas muertas chocan, forjan oro y se oyeron y se vieron desde la Tierra 130 millones de años después

Paso a paso

Dos estrellas de neutrones

Cada una es lo que quedó cuando el núcleo de una estrella masiva se desplomó en una supernova: más masa que el Sol, aplastada en una bola del tamaño de una ciudad y hecha sobre todo de neutrones. Su gravedad es tan fuerte que la luz de su cara oculta se curva hacia nosotros, así que parecen alrededor de un cuarto más grandes de lo que son.

Cada una nació en su propia supernova, pero las dos siguieron unidas. Desde entonces su órbita se ha ido encogiendo, y aquí les queda algo más de una hora. Están en NGC 4993, una galaxia de la constelación de Hidra.

Ondas en el espacio

Al girar, sacuden el propio espacio. Las ondas gravitacionales se propagan a la velocidad de la luz, estirando el espacio en una dirección y comprimiéndolo en la otra, dos veces por vuelta.

Las ondas se llevan energía, que sale de la órbita, así que las estrellas se acercan y giran más deprisa. Las estrellas de neutrones pesan mucho menos que los agujeros negros cuya fusión se oyó primero, así que sus ondas son más débiles y su espiral, mucho más lenta.

Aquí las ondas se dibujan en el plano de la órbita, doradas donde el espacio se estira y azules donde se comprime. En esta fase suben y bajan seis veces por segundo, y cada una mide unos 50 000 km, cuatro veces el ancho de la Tierra.

Cada vez más deprisa

Tiempo acelerado: durante la hora siguiente las estrellas pasan de estar a 1000 km a estar a 400 km y aceleran hasta 12 vueltas por segundo. Sus ondas ya son lo bastante rápidas para que LIGO y Virgo las oigan.

Cuanto más cerca están, más deprisa se mueven y más fuertes son sus ondas, así que la órbita se encoge cada vez más rápido. Desde aquí a las estrellas les quedan 100 segundos, y en ese tiempo darán casi 2000 vueltas más.

El tono de las ondas es el doble de las vueltas por segundo de la órbita. A 24 ciclos por segundo las estrellas entraron en el oído de los dos detectores de LIGO, en Estados Unidos, y de Virgo, en Italia, que captan ondas de unos diez a unos pocos miles de ciclos por segundo.

Los últimos 100 segundos

Tiempo acelerado y luego frenado: en sus últimos 100 segundos las estrellas pasan de estar a 400 km a casi tocarse, y el tono de las ondas sube de 24 a más de mil ciclos por segundo.

Esto es lo que oyeron LIGO y Virgo: miles de ciclos durante unos 100 segundos, cada vez más agudos y fuertes, un «chirp» mucho más largo que la fracción de segundo que habían dado las fusiones de agujeros negros. Convertido en sonido, sube como el canto de un pájaro.

Ese chirp tan largo permitió pesar las estrellas con precisión. La combinación de sus masas que fija lo deprisa que sube el tono resultó ser de 1,19 soles, con un margen de una milésima de sol; las masas por separado, con menos exactitud, unos 1,46 y 1,27 soles si, como es probable, las estrellas giran despacio.

Despedazada

A cámara lenta, unas 2000 veces: estiradas por la atracción mutua, las estrellas se tocan al 40 % de la velocidad de la luz. Las mareas les arrancan brazos de materia, lanzados hasta a un cuarto de la velocidad de la luz.

La cara cercana de cada estrella sufre más atracción de la otra que su cara lejana, y en las últimas vueltas las mareas las deforman. Al chocar, sus capas exteriores se desgarran y salen despedidas en dos brazos curvos, como el agua de un aspersor de jardín que gira.

Donde se encuentran, el choque comprime y calienta la materia a cientos de miles de millones de grados, y más materia sale disparada, más deprisa hacia los polos. Lo que ocurre de verdad aquí solo se conoce por simulaciones en superordenadores, y las formas que se ven las siguen solo a grandes rasgos.

Demasiado pesada para durar

Las dos se convierten en una sola estrella de unos 2,7 soles que gira cientos de veces por segundo. Demasiado pesada para sostenerse mucho tiempo, se desploma en un agujero negro rodeado por un disco de restos.

Al principio solo su giro rápido y su calor sostienen la estrella fusionada. Las estrellas de neutrones más pesadas que se conocen tienen poco más de dos soles, y la luz de este choque sugiere que la estrella fusionada se desplomó en una fracción de segundo, en un agujero negro de unos 15 km de ancho.

El gas que queda girando forma un disco grueso y caliente, que el agujero negro engulle o dispersa en alrededor de un segundo. Aquí el tiempo va primero a cámara lenta y luego acelerado, y la nube de materia expulsada se dibuja transparente para que se vean la estrella y el agujero negro.

Un chorro de rayos gamma

A lo largo de su eje sale un chorro estrecho casi a la velocidad de la luz. Sus rayos gamma, dibujados aquí en violeta, llegaron a la Tierra 1,7 segundos después que las ondas.

Probablemente el chorro lo impulsan el giro del agujero negro y el campo magnético del disco. Tuvo que abrirse paso por la materia ya expulsada. Sus rayos gamma, demasiado energéticos para que ningún ojo los vea, son el breve destello que los astrónomos llaman estallido corto de rayos gamma.

El satélite Fermi de la NASA captó este, GRB 170817A, de unos dos segundos. Era inusualmente débil porque el chorro no apuntaba hacia nosotros: imágenes de radio posteriores mostraron que apuntaba a unos 20 grados. Al llegar 1,7 segundos después que las ondas, tras 130 millones de años de viaje, demostró que la gravedad viaja a la velocidad de la luz, con una precisión de una parte en 10¹⁵.

Una kilonova

Tiempo acelerado: la materia expulsada, unas 20 000 Tierras, brilla al desintegrarse los nuevos elementos pesados que contiene. Este brillo, una kilonova, lució como cientos de millones de soles.

Los átomos recién formados son inestables y se desintegran en horas y días, calentando la nube desde dentro. Brilla unas mil veces más que una nova, una erupción en la superficie de una enana blanca; de ahí el nombre de kilonova, puesto en 2010. Fue la primera que se vio.

Cuando se vio por primera vez, once horas después del choque, brillaba como unos 270 millones de soles y ya se estaba apagando. Sus primeras horas no se vieron, así que aquí siguen los modelos. Era de un blanco azulado, a unos 10 000 grados, y se expandía a casi un tercio de la velocidad de la luz.

Oro y platino

Días acelerados: se enfría del blanco azulado al rojo y se apaga. Su luz muestra que se formaban elementos más pesados que el hierro: se encontró estroncio en ella, y también formó oro y platino.

En el primer segundo tras el choque, la materia expulsada era tan rica en neutrones que los átomos los absorbían más deprisa de lo que podían desintegrarse, formando elementos mucho más pesados que el hierro. Es el proceso rápido, o proceso r; se cree que así se forma cerca de la mitad de los elementos más pesados que el hierro.

Unos átomos pesados llamados lantánidos, formados junto al oro y el platino, bloquean la luz azul, así que, a medida que la nube se aclara, su luz se vuelve roja y luego infrarroja. En 2019 se identificó estroncio en su luz. Cuánto oro se formó es menos seguro: las estimaciones van de varias a unos cientos de veces la masa de la Tierra.

Visto desde la Tierra

El 17 de agosto de 2017 a las 12:41 UTC las ondas barrieron la Tierra, y 1,7 segundos después los rayos gamma. Once horas más tarde, un telescopio en Chile encontró la nueva luz en la galaxia NGC 4993.

Los dos detectores de LIGO y Virgo juntos acotaron la fuente a una zona del cielo de unas 130 veces el área de la Luna, en la constelación de Hidra, a unos 130 millones de años luz. Telescopios de todo el mundo buscaron en las galaxias de esa zona en cuanto cayó la noche.

El telescopio Swope de Las Campanas, en Chile, la encontró primero: un nuevo punto de luz cerca del centro de NGC 4993. En pocos días unos 70 observatorios, en los siete continentes y en el espacio, la habían observado, desde los rayos gamma hasta las ondas de radio. Aquí la galaxia se dibuja a partir de un modelo sencillo.

Oído y visto

Fue la primera vez que un mismo suceso se oyó en ondas gravitacionales y se vio en luz. Mostró dónde se forma buena parte del oro del universo.

Demostró que los choques de estrellas de neutrones causan estallidos cortos de rayos gamma y forjan elementos pesados, y que las ondas gravitacionales viajan a la velocidad de la luz. La intensidad de las ondas dio la distancia, y la velocidad con que la galaxia se aleja dio una nueva forma de medir lo deprisa que se expande el universo.

Días después aparecieron rayos X y luego ondas de radio: el resplandor residual del chorro, que siguió aumentando durante meses. En 2019 los detectores oyeron chocar otra pareja de estrellas de neutrones, pero no se encontró luz. En 2025 este seguía siendo el único choque oído y visto a la vez.

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