Las fusiones de pares de estrellas de neutrones pueden convertirse en una "regla cósmica" capaz de medir la expansión de Universo y resolver una cuestión pendiente sobre su tasa.
Es el resultado de una combinación de observaciones de ondas gravitacionales y de radio, junto con un modelo teórico, por astrónomos que utilizaron los telescopios Very Long Baseline Array (VLBA), Karl G. Jansky Very Large Array (VLA) y Robert C. Byrd Green Bank (GBT) para estudiar las consecuencias de la colisión de dos estrellas de neutrones que produjeron ondas gravitacionales detectadas en 2017.
Este evento ofreció una nueva forma de medir la tasa de expansión del Universo, conocida por los científicos como la Constante de Hubble. La tasa de expansión del Universo puede usarse para determinar su tamaño y edad, así como servir como una herramienta esencial para interpretar observaciones de objetos en otras partes del Universo.
Dos métodos principales para determinar la Constante de Hubble utilizan las características del Fondo de Microondas Cósmico, la radiación sobrante del Big Bang, o un tipo específico de explosiones de supernova, llamadas Tipo Ia, en el Universo distante. Sin embargo, estos dos métodos dan resultados diferentes.
"La fusión de la estrella de neutrones nos brinda una nueva forma de medir la constante de Hubble y, con suerte, de resolver el problema", dijo Kunal Mooley, del Observatorio Nacional de Radioastronomía (NRAO) y Caltech.
La técnica es similar a la que utiliza las explosiones de supernova. Se cree que todas las explosiones de supernova tipo Ia tienen un brillo intrínseco que puede calcularse en función de la velocidad a la que se iluminan y luego se desvanecen. La medición del brillo visto desde la Tierra indica la distancia a la explosión de la supernova. Medir el desplazamiento Doppler de la luz de la galaxia anfitriona de la supernova indica la velocidad a la que la galaxia se está alejando de la Tierra. La velocidad dividida por la distancia produce la constante de Hubble. Para obtener una cifra precisa, muchas de estas mediciones deben realizarse a diferentes distancias.
Cuando dos estrellas de neutrones masivos chocan, producen una explosión y un estallido de ondas gravitacionales. La forma de la señal de onda gravitacional les dice a los científicos lo "brillante" que fue la explosión de ondas gravitacionales. La medición del "brillo" o la intensidad de las ondas gravitacionales recibidas en la Tierra puede generar la distancia.
"Este es un medio de medición completamente independiente que esperamos aclare cuál es el verdadero valor de la Constante de Hubble", dijo Mooley.
Sin embargo, hay un giro. La intensidad de las ondas gravitacionales varía con su orientación con respecto al plano orbital de las dos estrellas de neutrones. Las ondas gravitacionales son más fuertes en la dirección perpendicular al plano orbital, y más débiles si el plano orbital es de borde como se ve desde la Tierra.
"Para usar las ondas gravitacionales para medir la distancia, necesitamos conocer esa orientación", dijo Adam Deller, de la Universidad de Tecnología de Swinburne en Australia.
Durante un período de meses, los astrónomos usaron los radiotelescopios para medir el movimiento de un chorro de material súper rápido expulsado de la explosión. "Utilizamos estas medidas junto con simulaciones hidrodinámicas detalladas para determinar el ángulo de orientación, lo que permite el uso de las ondas gravitacionales para determinar la distancia", dijo Ehud Nakar de la Universidad de Tel Aviv.
Según los científicos, esta medida única, de un evento a unos 130 millones de años luz de la Tierra, aún no es suficiente para resolver la incertidumbre, pero ahora la técnica se puede aplicar a futuras fusiones de estrellas de neutrones detectadas con ondas gravitacionales.
"Creemos que otros 15 eventos similares que pueden observarse tanto con ondas gravitacionales como con gran detalle con radiotelescopios, pueden resolver el problema", dijo Kenta Hotokezaka, de la Universidad de Princeton. "Esto sería un avance importante en nuestra comprensión de uno de los aspectos más importantes del Universo", agregó.
El equipo científico internacional liderado por Hotokezaka informa sus resultados en la revista Nature Astronomy.
