Destellos de rayos gamma en la fusión de estrellas de neutrones

A menudo se producen en el universo potentes destellos de rayos gamma, extremadamente brillantes, que emiten en unos segundos tanta energía como nuestra galaxia en un año. La mayor parte de esa emisión es en rayos gamma, la luz de más alta energía. Son fenómenos que intrigan a los físicos, que no pueden explicar los procesos detallados que los originan. Los destellos denominados largos, que duran más de dos segundos, se producirían cuando una estrella muy masiva colapsa y se convierte en un agujero negro, pero acerca de los destellos cortos de rayos gamma hay más dudas. Una hipótesis es que la colisión y fusión de dos estrellas de neutrones podría generarlos y, para comprobar tal hipótesis, un equipo de físicos ha recurrido a la simulación del proceso por ordenador.

Una estrella de neutrones es el núcleo supercomprimido remanente cuando estalla como supernova una estrella de masa inferior a 30 veces la del Sol. La materia de ese resto es tan densa que una sola cucharilla de ella superaría en masa a las montañas del Himalaya, explican los expertos de la NASA. Los científicos, liderados por Luzziano Rezzolla, han hecho la simulación de la colisión y fusión partiendo de un par de estrellas de neutrones magnéticas que orbitan una alrededor de la otra a una distancia de 17,6 kilómetros y cada una con una masa de vez y media la del Sol en una esfera de solo 27 kilómetros de diámetro, pero generando un campo magnético un billón de veces más fuerte que el solar.

La simulación se ha hecho con un potente superordenador (Damiana, en el Instituto Albert Einstein de Postdam, Alemania) y ha tardado casi siete semanas en reproducir los procesos que en la naturaleza duran 35 milisegundos. "Por primera vez hemos logrado llegar con la simulación más allá de la fusión y formación del agujero negro", dice Chryssa Kouveliotou, del Centro Marshall de la NASA. "Esta es, con mucho, la simulación más larga de este proceso y es importante porque solo en escalas de tiempo suficientemente largas crece el campo magnético y se reorganiza desde una estructura caótica a algo que se parece a un chorro".

A los 15 milisegundos de comenzar el proceso en la simulación, las dos estrellas de neutrones chocan, se funden y se transforman en un agujero negro en rápida rotación que tiene una masa equivalente a la de 2,9 veces el Sol. La frontera del agujero negro, el llamado horizonte de sucesos, se extiende menos de 10 kilómetros y a su alrededor un caos de materia superdensa alcanza temperaturas de varios miles de millones de grados; la fusión amplifica la fuerza de los dos campos magnéticos originales combinados.

En los siguientes 11 milisegundos, el gas que hace remolinos a velocidades cercanas a la velocidad de la luz continúa amplificando el campo magnético al mismo tiempo que este se organiza y gradualmente va formando un par de chorros proyectados hacia el exterior a lo largo del eje de rotación del agujero negro. Esto es exactamente la configuración necesaria para alimentar los chorros de partículas ultrarrápidas que producen destellos breves de rayos gamma. En total, 35 milisegundos.

"Resolviendo ecuaciones de la relatividad de Einstein y dejando que la naturaleza siga su curso, hemos levantado el velo de misterio que cubría los estallidos cortos de rayos gamma y revelado cuál puede ser su generador central", dice Rezzolla. "Parece que la fusión de estrellas de neutrones genera inevitablemente estructuras alineadas, como chorros, en un campo magnético ultrafuerte".

Los investigadores, que van a publicar los resultados de su investigación en la revista Astrophysical Journal Letters, advierten que para tener la prueba definitiva de que este proceso ahora simulado en ordenador es correcto, habrá que esperar a la detección de ondas gravitacionales que deben producirse, ondulaciones en el espacio-tiempo predichas por la relatividad de Einstein.