Son muchos detalles sobre dos objetos lejanos, especialmente si consideras que los astrofísicos solo observaron directamente su final extremadamente violento. El equipo reconstruyó una ciudad a partir de un montón de polvo. Para deducir tanto de tan poco, combinaron las observaciones de las estrellas de neutrones con los conocimientos obtenidos del estudio de otras estrellas y galaxias, creando un modelo matemático gigante de estrellas observadas e hipotéticas. El modelo contiene descripciones detalladas de la temperatura, la composición química y otras características de 250.000 tipos diferentes de estrellas, desde su interior hasta su superficie, y cómo cambian estas propiedades a medida que cada estrella quema combustible y finalmente muere. Además, el modelo puede simular galaxias enteras, cada una de las cuales contiene múltiples colecciones de estrellas de diferentes edades y composiciones químicas.
Y así, para descubrir el pasado de las estrellas de neutrones fusionadas, Stevance y sus colegas trabajaron para replicar los datos observados para las estrellas de neutrones dentro de su modelo, que luego podría decirles los escenarios más probables de lo que sucedió antes de que las dos estrellas se fusionaran. Por ejemplo, concluyeron que las estrellas compartían un sobre varias veces debido al tiempo que tardaron los dos objetos en chocar. Cuando dos estrellas binarias fusionan envolturas, los gases en esa envoltura compartida crean una fuerza de arrastre que ralentiza la órbita de las estrellas, lo que luego hace que las estrellas se acerquen en espiral una hacia la otra, reduciendo rápidamente la distancia entre ellas. Para fusionarse tan rápido como lo hicieron sus núcleos remanentes, las estrellas necesitaban compartir envolturas varias veces.
El trabajo sobre esta fusión de estrellas de neutrones se basa en décadas de investigación astronómica. Los colegas de Stevance comenzaron a formular su modelo de estrellas hace 15 años para estudiar objetos celestes en galaxias extremadamente distantes, dice Jan Eldridge, profesor de astrofísica en la Universidad de Auckland y uno de los colaboradores de Stevance. «Cuando creamos esto por primera vez, estábamos a años de que se detectaran ondas gravitacionales», dice Eldridge. Ese modelo de 15 años, a su vez, se basa en modelos de estrellas que los astrónomos hicieron en la década de 1970. El trabajo ilustra el proceso científico largo, a menudo tortuoso: generaciones de astrónomos, trabajando en preguntas tangenciales sobre estrellas, contribuyendo involuntariamente a un nuevo descubrimiento décadas después.
Además, Stevance y su equipo han hecho que su trabajo sea de código abierto, lo que permite a investigadores adicionales retroceder el reloj en otra actividad estelar. Los investigadores podrían usar el marco para estudiar las supernovas, las brillantes explosiones de estrellas masivas, dice Peter Blanchard de la Universidad Northwestern, quien no participó en el trabajo. A medida que los astrofísicos estudien más estos diversos tipos de explosiones, que se prevé que produzcan muchos tipos de elementos pesados, podrán explicar mejor dónde se originaron todos los elementos del universo. Es probable que la muerte de las estrellas forjara el oro y el uranio que eventualmente se fusionarían con otros elementos en la formación de la Tierra, miles de millones de años antes de que los convirtiéramos en joyería o armamento.
Para predecir la genealogía de las estrellas de neutrones, el modelo de Stevance también tuvo que inferir propiedades de la galaxia que las albergaba, como los tipos de elementos que contiene la galaxia y si están distribuidos uniformemente por toda ella. Este conocimiento guiará dónde buscar otras fusiones en el futuro, dice el astrofísico Hsin-Yu Chen de la Universidad de Texas en Austin, quien no participó en el trabajo.
Si los investigadores pueden encontrar más fusiones de estrellas de neutrones, Chen quiere usarlas para averiguar qué tan rápido se está expandiendo el universo, lo cual es necesario para calcular su edad. Chen puede usar la señal de onda gravitacional de una fusión para calcular la distancia desde la Tierra hasta esas estrellas de neutrones. Luego, al analizar la luz emitida en la fusión, puede estimar qué tan rápido se están alejando las estrellas de neutrones, proporcionando la tasa de expansión. Los astrofísicos han calculado hasta ahora dos tasas contradictorias para la expansión del universo usando diferentes métodos, por lo que les gustaría observar más fusiones para tratar de reconciliar el conflicto.
La colaboración del Observatorio de ondas gravitacionales con interferómetro láser, que detectó la fusión de estrellas de neutrones utilizando sus dos detectores en los estados de Washington y Luisiana, en EE. UU., está programada para volver a estar en línea en mayo de 2023 después de dos años de actualizaciones. Cuando lo haga, los investigadores anticipan detectar 10 fusiones de estrellas de neutrones por año, lo que debería brindar muchas oportunidades para profundizar en las preguntas sobre la edad del universo. “Va a ser muy emocionante para los próximos años”, dice Blanchard. También han sido unos pocos miles de millones de años muy emocionantes.