Mareas en sistemas binarios de estrellas: cuando las estrellas de neutrones emiten ondas gravitacionales

Las fuerzas de marea deforman una estrella de neutrones (izquierda) en órbita alrededor de otro objeto compacto, que puede ser una segunda estrella de neutrones o un agujero negro. Crédito  T. Hinderer/AEI.

Científicos del Instituto Max Planck de Física Gravitacional de Postdam han desarrollado un modelo preciso para la detección e interpretación de las ondas gravitacionales emitidas por estrellas de neutrones en sistemas binarios. Este modelo contiene, por primera vez, una descripción realista de cómo se deforman las estrellas de neutrones justo antes de que choquen. Como la deformación depende de la física exótica de los interiores de las estrellas de neutrones y afecta directamente a las ondas gravitacionales, el modelo proporciona información detallada sobre la ciencia contenida en las señales esperadas.



El primer descubrimiento de ondas gravitacionales procedentes de agujeros negros en fusión anunciada a principios de este año ha iniciado el uso de las ondas gravitacionales como herramientas únicas para el estudio de los procesos astrofísicos más violentos. Otra fuente esperada de ondas gravitacionales son los choques de las estrellas de neutrones.

Cuando una estrella de neutrones está en órbita alrededor de otro objeto compacto (una segunda estrella de neutrones o un agujero negro) se deforma debido a fuerzas de marea. Es un efecto que recuerda a lo que ocurre aquí en la Tierra cuando la gravedad de la luna hace subir las mareas oceánicas. De forma parecida, la estrella de neutrones se deforma en respuesta a su compañera. Este estudio mejora el modelo de los efectos de marea teniendo en cuenta que aparecerán oscilaciones internas de la estrella de neutrones cuando la fuerza de marea de la compañera cambie a una frecuencia cercana a una frecuencia característica de la propia estrella.

La frecuencia característica de las estrellas de neutrones se encuentra en el rango de los kHz y se alcanza justo antes de que la estrella de neutrones y su compañera se unan. En esta fase final de la colisión, la estrella de neutrones completa una órbita alrededor de su compañera en menos de un milisegundo a cerca de la mitad de la velocidad de la luz. Tanto la cantidad de la deformación como la frecuencia característica de una estrella de neutrones dependen sensiblemente de las propiedades microfísicas de la materia de la estrella de neutrones. Cualquier respuesta de marea de la estrella deja una marca distintiva en las ondas gravitacionales emitidas por la binaria. Por tanto, las ondas gravitacionales revelarán información única sobre el interior exótico de las estrellas de neutrones.http://observatori.uv.es/