Movimiento superlumínico (aparente) del chorro relativista asociado a la fusión de dos estrellas de neutrones

La fusión de dos estrellas de neutrones (kilonova AT 2017gfo ) en la galaxia NGC 4993 observada con la onda gravitacional GW1708171 y el brote corto de rayos gamma sGRB170817 produjo dos chorros relativistas. El que hemos podido observar desde la Tierra tiene una velocidad aparente superlumínica, unas 4 veces la velocidad de la luz en el vacío (c), como indican las observaciones mediante ondas de radio 75 y 230 días del suceso. La razón es que vemos este chorro desde la Tierra con un ángulo pequeño (20±5 grados) y su velocidad es muy alta (0.97–0.98 c) *. El efecto es aparente y está predicho por la teoría de la relatividad, a pesar de lo que pueda sugerir el título del artículo: “superluminal motion of a relativistic jet“.

El fenómeno es bien conocido. El suceso emite dos chorros en direcciones opuestas con una velocidad v = β c (con β < 1). Uno de los chorros se observa con un ángulo θ con respecto a la visual terrestre. Un cálculo sencillo muestra que la velocidad aparente del chorro que apunta a la Tierra es de va = v sin θ / (1 – β cos θ), mientras que la del otro chorro es de va = v sin θ / (1 + β cos θ); la velocidad del primero aparenta ser arbitrariamente grande cuando el producto β cos θ se aproxima a la unidad. Así se observa un movimiento superlumínico aparente, lo que permite estimar la velocidad del chorro y su ángulo respecto la visual.

El artículo es K. P. Mooley, A. T. Deller, …, K. Hotokezaka, “Superluminal motion of a relativistic jet in the neutron-star merger GW170817,” Nature (05 Sep 2018), doi: 10.1038/s41586-018-0486-3, arXiv:1806.09693 [astro-ph.HE].

[PS 07 Sep 2018] * En la primera versión de esta entrada me confundió el manuscrito en arXiv (que ha cambiado respecto al publicado en Nature) y puse (0.1–0.3 c), que es la velocidad subrelativista que se estimó para la emisión de materia en la fusión de las estrellas de neutrones. Como muchos habéis indicado en los comentarios, este valor no es suficiente para observar un movimiento superlumínico aparente. Gracias por vuestros comentarios. [/PS]

La galaxia NGC 4993 se encuentra a 41 ± 3 Mpc. La kilonova ha sido estudiada en todo el espectro electromagnético, desde los rayos gamma hasta las ondas de radio, pasando por rayos X, ultravioleta, visible e infrarrojo. El nuevo artículo presenta los resultados de las observaciones con VLBI (Interferometría de Base Muy Grande) gracias al HSA (High Sensitivity Array), que agrupa a VLBA (Very Long Baseline Array), VLA (Karl G. Jansky Very Large Array) y GBT (Robert C. Byrd Green Bank Telescope). La figura muestra las imágenes obtenidas tras 75 días (izquierda) y 230 días (derecha) del suceso. Como se observa el centroide de la señal de radio ha cambiado de posición aparente, lo que implica una velocidad aparente βa = va / c = 4.1 ± 0.5, es decir, unas cuatro veces superior a la velocidad de la luz en el vacío.

El resultado es muy interesante, aunque creo que se ha publicado en Nature más por su título (“movimiento superlumínico”) que por su contenido. No se trata de la primera vez que se observa un chorro superlumínico aparente (el más famoso es el microcuásar GRS 1915+105). Aún así, creo necesario esta pieza en mi blog para evitar malos entendidos entre los legos. En ningún caso se ha violado la teoría de la relatividad; más aún, la velocidad del chorro respecto al lugar de la fusión de las estrellas de neutrones es superior al 97% de la velocidad de la luz.

10 comentarios

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espaidual espaidual

En la cultura nerd, es lo que se conoce como la ‘maniobra Picard’. Al menos uno de sus dos significados.

Gabriel Domínguez Gabriel Domínguez

Si solo es aparente ¿por qué lo llaman movimiento “superlumínico”? ¿No habría otra forma más rigurosa -unívoca- de denominarlo? Si no he entendido mal, en realidad se observan dos chorros apuntando en sentidos opuestos y no uno moviéndose a una velocidad imposible…

Gabriel Domínguez Gabriel Domínguez

Perdón. Tengo la mala costumbre de preguntar antes de leer dos veces….

Gracias por el enlace.

Javier Burguete Javier Burguete

No me salen las cuentas, con beta=0.1-0.3 parece imposible que beta*cos se aproxime a 1 y salgan velocidades superlumínicas.

Carlos Carlos

Pues sí que no salen… al menos usando las fórmulas normales (como la de la wikipedia). Está claro que en la wikipedia se omiten varios efectos como por ejemplo las velocidades propias de la fuente/origen pero parecen irrelevantes cuando las distancias son tan grandes…

Me ha escamado tanto que me he ido a ver el artículo y he encontrado algo interesante: en el arxiv sí colocan que la velocidad del chorro es de 0.1c–0.3c (bien claro en el primer párrafo de la introducción) pero en el artículo publicado esa información se omite. Es más, no aparece ninguna estimación explícita de la velocidad real del jet (?!). Alguien con acceso al paper puede confirmar este punto? No es que me haya dejado los ojos pero simplemente no he encontrado referencia a la velocidad del jet.

A mi modo de ver que la velocidad del jet esté en el rango 0.1c–0.3c debe ser colocado en cuarentena y casi con seguridad debe ser muy superior (en mi opinión estas velocidades no deberían considerarse relativistas). Usando un ángulo de 5 grados (aproximadamente el que da el paper) me sale una velocidad de 0.97c. Me sorprendería mucho que, considerando todos los efectos, pudiese bajar de 0.9c.

Albert Albert

Gracias a tí por estas entradas que nos motivan a pensar y a aprender. Como último detallito tiquismiquis, por si también lo quieres actualizar, en el último párrafo del post continúa diciendo “… es inferior al 30% de la velocidad de la luz.”
Saludos.

Juan Sánchez Juan Sánchez

Wow, ¡gracias por informar!, aunque no entienda muy bien el lenguaje técnico y la teoría usada me es muy interesante conocer. Un saludo de parte de un próximo físico 🙂

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