Explorar las estrellas de neutrones… – Information Centre – Research & Innovation

El proyecto BNSmergers se propuso dar respuesta a preguntas fundamentales de la astrofísica moderna mediante el estudio de la composición interna de las estrellas de neutrones. Las estrellas de neutrones son los objetos más compactos de nuestro universo, lo que implica que concentran masas muy grandes en un volumen muy pequeño.

«Las densidades en el núcleo de una estrella de neutrones se elevan a a hundred millones de toneladas por centímetro cúbico», explica Chris Van Den Broeck, del Instituto Nacional Neerlandés de Física Subatómica (Nikhef). «Esto los convierte en unos laboratorios ideales para entornos extremos. Sobre todo cuando dos estrellas de neutrones se unen para formar un sistema binario de estrella de neutrones. De este modo se alcanzan densidades aún mayores que en el núcleo de una estrella».

Para estudiar sistemas binarios de estrellas de neutrones, los astrofísicos deben encontrarlos antes. La astronomía de ondas gravitacionales, que como su nombre indica utiliza las ondas gravitacionales para extraer datos sobre objetos lejanos, ofrece a los astrofísicos la oportunidad de detectar y observar sistemas binarios de estrellas de neutrones de una forma inédita.

«Este trabajo se basa en un conocimiento detallado de los procesos de unión», explica Van Den Broeck. «Esto solo suele ser posible con modelos teóricos muy sofisticados que describen las señales electromagnéticas y de ondas gravitacionales que se emiten durante y después de la unión. El objetivo essential de BNSmergers fue desarrollar dichos modelos para estrellas de neutrones binarias genéricas».

Un análisis de las ondas gravitacionales

El proyecto, ejecutado con el apoyo de las Acciones Marie Skłodowska-Curie, financiadas con fondos europeos, se basó en descubrimientos recientes que han revolucionado la astronomía. La primera detección directa de ondas gravitacionales procedentes de la colisión de dos agujeros negros tuvo lugar en 2015, y la primera observación de una onda electromagnética y gravitatoria combinada de una unión de una estrella binaria de neutrones fue en 2017.

«No obstante, modelizar la materia de alta densidad sigue siendo uno de los principales problemas de la física teórica» añade Tim Dietrich, beneficiario de una subvención Marie Skłodowska-Curie en el Nikhef (Países Bajos). «Una única simulación puede precisar semanas o meses de ejecución en un superordenador».

Dietrich y sus colaboradores lograron desarrollar un marco analítico basado en cientos de simulaciones computacionales recabadas. La comunidad astrofísica puede trabajar así mucho más rápido que con las simulaciones de relatividad numérica existentes. «La aproximación también es lo bastante precisa como para utilizarse directamente en señales de ondas gravitacionales», admite Dietrich.

La foundation de datos de las estrellas

Estos resultados podrían ayudar a los astrofísicos a desvelar algunos de los secretos del universo. «Mejoramos los modelos de ondas gravitacionales empleados en la descripción de las señales electromagnéticas relacionadas con las uniones de estrellas de neutrones», explica Dietrich.

«Esta labor permitió conocer mejor las propiedades de las estrellas de neutrones, el estado de la materia en su inside, e incluso la tasa de expansión del universo. Estos modelos también abren la puerta al estudio de objetos compactos más exóticos, como las estrellas compuestas únicamente por materia oscura. Si bien estas situaciones suelen ser más especulativas, es necesario ahondar en los aspectos teóricos para descartar o confirmar su existencia».

Dietrich recibió recientemente el prestigioso galardón Heinz Billing Prize al avance de la computación científica por su trabajo en el proyecto BNSmergers. El galardón lo otorga cada dos años la Sociedad Max Planck de Alemania en reconocimiento a las contribuciones extraordinarias en materia de física computacional. «El haber recibido el galardón Heinz Billing Prize al avance de la computación por mi trabajo sobre la relatividad numérica es otra prueba de la importancia creciente de la astronomía de ondas gravitacionales», aclara Dietrich.

El proyecto también generó la primera foundation de datos de ondas gravitacionales para sistemas binarios de estrellas de neutrones. Las simulaciones del proyecto, junto con las ejecutadas con anterioridad al mismo, son públicas. Muchos científicos ya han empleado este recurso en sus investigaciones sobre estrellas de neutrones. «Confiamos en que de este modo, toda la comunidad científica pueda aprovechar la labor científica que hemos realizado en los últimos años», concluye Van Den Broeck.