La Astronomía de Múltiples Mensajeros ofrece nuevas estimaciones del tamaño de las estrellas de neutrones y la tasa de expansión del universo.

Un estudio encuentra que las estrellas de neutrones tienen típicamente unos 11,75 kilómetros de radio y proporciona un cálculo novedoso de la constante de Hubble

Colisión de dos estrellas de neutrones que muestran las emisiones de ondas electromagnéticas y gravitacionales durante el proceso de fusión. La interpretación combinada de múltiples mensajeros permite a los astrofísicos comprender la composición interna de las estrellas de neutrones. También les permite revelar las propiedades de la materia en las condiciones más extremas del universo. Crédito: Tim Dietrich.

Una combinación de mediciones astrofísicas ha permitido a los investigadores establecer nuevas restricciones en el radio de una estrella de neutrones típica. Ellos también han proporcionado un cálculo novedoso de la constante de Hubble que indica la velocidad a la que se expande el universo. 

Utilizando la Astronomía de Múltiples Mensajeros

«Estudiamos señales que provenían de diversas fuentes, por ejemplo, fusiones de estrellas de neutrones recientemente observadas», dijo Ingo Tews. Él es un teórico del grupo de Física Nuclear y de Partículas, Astrofísica y Cosmología del Laboratorio Nacional Los Alamos. Trabajó con una colaboración internacional de investigadores en el análisis publicado en la revista Science el 18 de Diciembre. “Analizamos conjuntamente las señales de ondas gravitacionales y las emisiones electromagnéticas de las fusiones, y las combinamos con mediciones de masa anteriores de púlsares. También las combinamos con resultados recientes del Explorador de Composición Interior de Estrellas de Neutrones de la NASA. Encontramos que el radio de una estrella de neutrones típica es de aproximadamente 11,75 kilómetros. Otro resultado importante es el cálculo de la constante de Hubble que es de aproximadamente 66,2 kilómetros por segundo por megaparsec”.

La combinación de señales para obtener información sobre fenómenos astrofísicos distantes se conoce como el campo de astronomía de múltiples mensajeros. El análisis de múltiples mensajeros, permitió a los investigadores restringir la incertidumbre de la estimación de los radios de las estrellas de neutrones a 800 metros.

Una contribución a un viejo debate

Su enfoque novedoso para medir la constante de Hubble contribuye a un debate que ha surgido de otras determinaciones competitivas de la expansión del universo. Las mediciones basadas en observaciones de supernovas están actualmente en desacuerdo con las que provienen de observar el Fondo Cósmico de Microondas (CMB). Esta última es esencialmente la energía sobrante del Big Bang. Las incertidumbres en el nuevo cálculo de la constante de Hubble con astronomía multi mensajero son demasiado grandes para resolver definitivamente el desacuerdo. Pero la medición apoya un poco más el enfoque de CMB.

El papel científico principal de Tews en el estudio fue proporcionar la información de los cálculos de la teoría nuclear. Estos son el punto de partida del análisis. Sus siete colaboradores en el artículo comprenden un equipo internacional de científicos de Alemania, los Países Bajos, Suecia, Francia y los Estados Unidos.

Financiamiento: Investigación y desarrollo dirigidos por el laboratorio LANL, Oficina de Ciencias del DOE, Oficina de Física Nuclear y el proyecto NUCLEI SciDAC.

Publicacion (paper)Tim Dietrich, Michael W. Coughlin, Peter T. H. Pang, Mattia Bulla, Jack Heinzel, Lina Issa, Ingo Tews, Sarah Antier, 2020Multi-messenger constraints on the neutron-star equation of state and the Hubble constant, Science.
DOI: 10.1126/science.abb4317

Fuente: Los Alamos National Laboratory.

Artículo original: «Multi-messenger astronomy offers new estimates of the size of neutron stars and the rate of the universe’s expansion«. December 21, 2020.

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Sobre la Astronomía Multimensajero

Esta imagen del instrumento MUSE, instalado en el VLT en el Observatorio Paranal, en Chile, muestra la galaxia NGC 4993. Está situada a unos 130 millones años luz de la Tierra. La galaxia en sí no es inusual. Pero contiene algo nunca antes visto, las secuelas de la explosión de un par de estrellas de neutrones que se han fusionado. Es un raro acontecimiento llamado kilonova (puede verse encima y ligeramente a la izquierda del centro de la galaxia). Esta fusión también produce ondas gravitacionales y rayos gamma, los cuales fueron detectados por LIGO-Virgo y Fermi/INTEGRAL respectivamente. Creando también un espectro para cada parte del objeto, MUSE nos permite ver la brillante emisión procedente del gas. Aquí aparece en rojo, y revela una sorprendente estructura espiral.
Crédito: 
ESO/J.D. Lyman, A.J. Levan, N.R. Tanvir.

Un nuevo tipo de transitorio de distinto origen, la primera Kilonova tuvo lugar el 17 de Agosto de 2017. Es un evento resultante de la fusión de dos estrellas de neutrones detectado por primera vez por LIGOA continuación fue observado por telescopios espaciales tanto de altas energías como en el rango óptico, y luego en tierra por  telescopios ópticos y radiotelescopios. Se abrió así una nueva era de la Astronomía, la «Astronomía Multimensajero» sumando el campo de las Ondas Gravitacionales al de las Electromagnéticas. El comunicado de prensa de ESO, con enlaces a los trabajos de investigación a que dio lugar el evento, es el siguiente.

Ver también:

Sobre la discrepancia en el valor de la constante de Hubble

Esta ilustración muestra los tres pasos que los astrónomos usaron para medir la velocidad de expansión del universo con una precisión sin precedentes. Redujeron la incertidumbre total al 2.3 por ciento. Los astrónomos hicieron las mediciones mediante la racionalización y el fortalecimiento de la construcción de la escala de distancia cósmica. Ésta se utiliza para medir distancias precisas a las galaxias cerca y lejos de la Tierra. Más información. Créditos:  NASA , ESA , A. Feild ( STScI ) y A. Riess ( STScI / JHU).

Una explicación de esta discrepancia, se encuentra en el artículo siguiente, que contiene además, una rica selección de recursos sobre el tema.

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