top of page
astrotelescopios.com

Astrónomos descubren una enigmática explosión cósmica

Los estallidos de rayos gamma son las explosiones más intensas del universo y son típicamente causadas por el colapso de estrellas o la colisión de restos estelares compactos. Sin embargo, un descubrimiento reciente ha desafiado esta comprensión, ya que no encaja en ninguna de estas categorías. Los astrónomos del Instituto Niels Bohr fueron fundamentales en este estudio, que tiene el potencial de revisar las teorías actuales sobre estos poderosos eventos.


Daniele Bjørn Malesani estaba llevando a cabo una observación de seguimiento de rutina de un estallido de rayos gamma, llamado GRB 211211A, utilizando el Telescopio Óptico Nórdico en la isla canaria de La Palma. Un procedimiento estándar después de haber recibido el mensaje de texto que fue activado automáticamente por la nave espacial “Neil Gehrels Swift Observatory” que monitorea el cielo en busca de estallidos de rayos gamma.

Pero algo no estaba del todo bien:


Vista del Telescopio Espacial Hubble de la ubicación de los estallidos de rayos gamma GRB 211211A y sus alrededores. El zoom muestra el resplandor de la explosión, como se observó con el telescopio Gemini Norte en Hawai. El sistema binario que causó el estallido probablemente fue expulsado en el pasado de la gran galaxia azulada a su izquierda. Crédito: Observatorio Internacional de Géminis / NOIRLab / NSF / AURA / M. Zamani; NASA/ESA

Malesani es astrónomo de la Universidad de Radboud en los Países Bajos e investigador invitado en el Centro Cosmic Dawn en Copenhague. Es experto en estallidos de rayos gamma, las explosiones más energéticas del Universo.

Pero para entender lo que no estaba bien, primero echemos un vistazo a lo que es un “estallido de rayos gamma”:

Tan brillante como el Universo mismo

Los estallidos de rayos gamma son destellos breves y ultrabrillantes de la forma más energética de luz, los rayos gamma. Detectados principalmente en el Universo muy distante, generalmente vienen en dos categorías que se cree que surgen de dos escenarios físicos diferentes:

Las ráfagas “largas” suelen durar desde unos pocos segundos hasta varios minutos, pero a menudo van acompañadas de un resplandor más duradero de luz menos energética. Se encuentran en las regiones más formadoras de estrellas de las galaxias y se cree que son el resultado de una estrella masiva que colapsa en una estrella de neutrones compacta o un agujero negro, expulsando sus partes externas en una inmensa explosión, similar a una supernova.


El Telescopio Óptico Nórdico en la cima de la montaña Roche de los Muchachos de 2400 metros de altura en La Palma. Crédito: Peter Laursen (Cosmic Dawn Center)

Las ráfagas “cortas” son aún más fugaces, con duraciones típicas de 1/10 a 1 segundo. A menudo se ven desplazados de los centros galácticos, o incluso fuera de las galaxias. La teoría predominante es que son el resultado de dos estrellas masivas que orbitan entre sí en un sistema “binario”. En algún momento, explotan como supernovas, expulsándolas de su galaxia anfitriona. Eventualmente, sin embargo, los dos objetos entrarán en espiral y se fusionarán, lo que resultará en un estallido de rayos gamma.

En ambos casos, la energía liberada es alucinante: en su apogeo, pueden brillar tan intensamente como todas las estrellas del Universo observable combinadas (suponiendo que emitan luz por igual en todas las direcciones; en realidad, es probable que sean algo menos brillantes, pero emiten la mayor parte de su luz en chorros estrechos, donde simplemente nos encontramos en esta dirección).

Los enigmáticos estallidos de rayos gamma

Los estallidos de rayos gamma fueron descubiertos por primera vez en 1967 por el satélite Vela, construido para monitorear el cielo en busca de posibles pruebas de armas nucleares, lo que sería una violación del Tratado de Prohibición de Pruebas Nucleares de 1963. Primeros observatorios espaciales que se creían de fuentes cercanas dentro de nuestra propia galaxia, los observatorios espaciales más sensibles revelaron, en la década de 1990, que deben provenir de muy lejos de la Vía Láctea, distribuidos en todo el Universo.

La naturaleza transitoria de las explosiones las hizo difíciles de estudiar, pero desde finales de la década de 1990, los astrónomos han podido detectar también su resplandor menos energético, desde los rayos X hasta la luz óptica y el infrarrojo, ayudando a establecer una teoría de su origen.

Los estallidos de rayos gamma vienen en dos versiones, “corta” y “larga”, que, hasta ahora, se pensaba que surgen de dos mecanismos físicos diferentes, a saber, la fusión de dos objetos compactos y el colapso de una estrella masiva, respectivamente. Con las nuevas observaciones, esta teoría ahora está siendo desafiada.

Señales mixtas

Entonces, ¿cuál fue el problema con la explosión de Malesani, GRB 211211A? Bueno, parecía encajar en ninguna, o tal vez ambas, de estas categorías. “Las observaciones mostraron que la explosión se originó fuera de una galaxia típica para albergar ráfagas cortas. Pero en lugar de ser un milisegundo o unos pocos segundos, esta bestia duró casi un minuto”, dice Malesani.

El peculiar evento llevó a un equipo internacional de astrónomos, dirigido por Jillian Rastinejad de la Universidad Northwestern (EE.UU.), a comenzar una campaña intensiva para estudiar este sorprendente objeto. Estos esfuerzos llevaron al descubrimiento completamente inesperado de una llamada kilonova, la prueba de la colisión de dos estrellas de neutrones, o una estrella de neutrones y un agujero negro.

Las fusiones binarias de estrellas de neutrones son ampliamente consideradas como los progenitores de los estallidos cortos de rayos gamma. Por qué este fue seguido por una larga ráfaga desconcertó a los astrónomos.

Luca Izzo, astrónomo de la sección de investigación DARK en el Instituto Niels Bohr, participó en el estudio. Él comenta: “Los estallidos de rayos gamma pueden mostrar una variedad de comportamientos, pero la distinción entre eventos largos y cortos se ha establecido claramente desde la década de 1990 y se considera uno de los pilares en el campo. Este hallazgo nos tomó realmente por sorpresa”.

¿Un nuevo motor para hacer oro?

Se cree que las kilonovas son el principal mecanismo para crear elementos pesados como la plata preciosa, el oro y el platino, el plutonio radiactivo y el uranio, así como muchos otros. Como siempre en física, no existe una prueba definitiva de que una kilonova es responsable del largo estallido de rayos gamma.

Sin embargo, cuando los astrónomos confían en su interpretación, se debe a varias circunstancias. Johan Fynbo, profesor del Cosmic Dawn Center y participante en el estudio, explica:

“El resplandor de la explosión mostró colores y características que son consistentes con una kilonova, y que no se han visto para ningún otro tipo de objetos. Además, no esperaríamos ver una estrella colapsando fuera de una galaxia, ya que viajar tan lejos lleva cientos de millones de años, mientras que las estrellas masivas colapsan en escalas de tiempo de menos de 10 millones de años”.

Pero en principio, GRB 211211A podría ser un colapso dentro de una galaxia débil o polvorienta, no detectada, aunque las imágenes del Hubble son realmente muy profundas y deberían haber visto esto. “Las observaciones de seguimiento con los radiotelescopios más sensibles de ALMA en Chile, o el Telescopio Espacial James Webb, podrían resolver este problema”, comenta Fynbo.

Si la interpretación resulta ser correcta, no solo se abre un nuevo y emocionante mecanismo para que las kilonovas formen elementos pesados. También es una fuerte motivación para buscar nuevas kilonovas en la posición de ráfagas largas.

“Las kilonovas son un fenómeno relativamente nuevo e inexplorado para nosotros; hasta el día de hoy, solo hemos detectado unos pocos”, explica Daniele Bjørn Malesani. “Debido a que no esperábamos que estuvieran asociados con ráfagas largas, no los hemos estado buscando allí. Pero ahora sabemos que la naturaleza es más ingeniosa de lo que pensábamos anteriormente”.

De un estudio anterior en 2006, los tres astrónomos tenían un indicio de que las estrellas de neutrones en colisión podrían mantener sus motores activos durante más de unos pocos segundos. Pero sin una detección de kilonova, la evidencia había sido confusa. Una teoría es que las estrellas de neutrones colapsadas pueden girar tan rápido, a una fracción significativa de la velocidad de la luz, que las fuerzas centrífugas pueden sostener el objeto fusionado por un tiempo y posponer su sombrío destino.

Las observaciones futuras de ráfagas más largas de kilonovas nos enseñarán más sobre este emocionante fenómeno.

Referencia: “A kilonova following a long-duration gamma-ray burst at 350 Mpc” por Jillian C. Rastinejad, Benjamin P. Gompertz, Andrew J. Levan, Wen-fai Fong, Matt Nicholl, Gavin P. Lamb, Daniele B. Malesani, Anya E. Nugent, Samantha R. Oates, Nial R. Tanvir, Antonio de Ugarte Postigo, Charles D. Kilpatrick, Christopher J. Moore, Brian D. Metzger, Maria Edvige Ravasio, Andrea Rossi, Genevieve Schroeder, Jacob Jencson, David J. Sand, Nathan Smith, José Feliciano Agüí Fernández, Edo Berger, Peter K. Blanchard, Ryan Chornock, Bethany E. Cobb, Massimiliano De Pasquale, Johan P. U. Fynbo, Luca Izzo, D. Alexander Kann, Tanmoy Laskar, Ester Marini, Kerry Paterson, Alicia Rouco Escorial, Huei M. Sears y Christina C. Thöne, 7 de diciembre de 2022, Naturaleza. DOI: 10.1038/s41586-022-05390-w

1 visualización0 comentarios

Entradas Recientes

Ver todo
bottom of page