Se trata de una inesperada y breve emisión de rayos gamma
Un equipo internacional de más de 50 investigadores liderados por el astrónomo chileno Matías Ahumada, descubrió la emisión de rayos gamma más breve causada por la explosión de una estrella masiva usando el telescopio Gemini, un programa de NOIRLab de NSF y AURA. Se trata de una señal de apenas 0,6 segundos de duración que fue identificada como la implosión de una estrella masiva en una galaxia distante. Si bien las emisiones de rayos gamma generadas por supernovas suelen tener más del doble de duración, esta particular emisión sugiere que las explosiones breves de rayos gamma son en realidad eventos de mayor duración, aunque disfrazados.
La explosion de rayos gamma (GRB por sus siglas en inglés) se encuentran entre los eventos más energéticos y brillantes del Universo, y los científicos están investigando qué causa estos eventos fugaces [1]. Los astrónomos dividen las emisiones de rayos gamma en dos amplias categorías basadas en su duración. Los GRB cortos cobran vida en menos de dos segundos y se cree que son causados por la fusión de estrellas de neutrones binarios [2]. Aquellos que duran más se clasifican como GRB largos y se han asociado con explosiones de supernovas causadas por las implosiones de estrellas masivas [3]. Sin embargo, el reciente descubrimiento del GRB más corto jamás producido durante una supernova muestra que los GRB no encajan perfectamente en las clasificaciones que los astrónomos han creado para ellos.
“Este descubrimiento representa la emisión de rayos gamma más corta causada por una supernova durante el colapso de una estrella masiva”, comentó Tomás Ahumada, quien dirigió esta investigación y es candidato a doctor en la Universidad de Maryland y astrónomo en el Centro de Vuelo Espacial Goddard de la NASA. “Duró sólo 0,6 segundos, y se encuentra al borde entre una explosión de rayos gamma exitosa y una fallida”.
El equipo cree que éste y algunos otros GRB relacionados con supernovas están pareciendo cortos porque los chorros de rayos gamma que emergen de los polos de la estrella en colapso no son lo suficientemente fuertes como para escapar por completo de la estrella, produciendo GRB fallidos, y además de haber otras estrellas que colapsan emitiendo chorros tan débiles que no producen GRB en absoluto.
Este descubrimiento también podría ayudar a explicar un misterio astronómico. Los GRB largos están asociados con un tipo específico de supernova (llamado Tipo Ic-BL). Sin embargo, los astrónomos observan muchas más de estas supernovas que GRB largas. Este descubrimiento del GRB más corto asociado con una supernova sugiere que algunos de estos GRB causados por supernovas se disfrazan como GRB cortos que se cree que fueron creados por fusiones de estrellas de neutrones y, por lo tanto, no se cuentan como del tipo de supernova.
“Nuestro descubrimiento sugiere que, dado que observamos muchas más de estas supernovas que estallidos largos de rayos gamma, la mayoría de las estrellas que colapsan no producen GRB capaces de atravesar la envoltura exterior de la estrella que colapsa”, explicó Ahumada. “Creemos que este evento fue efectivamente un fracaso, uno que estuvo cerca de no suceder en absoluto”.
El equipo pudo determinar que este GRB, identificado como GRB 200826A, se originó a partir de una explosión de supernova gracias a las capacidades de imagen del espectrógrafo de objetos múltiples de Gemini Norte en Hawai‘i. Los investigadores utilizaron el telescopio Gemini Norte para obtener imágenes de la galaxia anfitriona del GRB 28, 45 y 80 días después de que el GRB fuera detectado por primera vez el 26 de agosto de 2020 por una red de observatorios que incluía el telescopio espacial de rayos gamma Fermi de la NASA. Las observaciones de Gemini permitieron al equipo detectar el aumento revelador de energía que significa una supernova, a pesar de la ubicación de la explosión en una galaxia a 6.600 mil millones de años luz de distancia.
“Este fue un esfuerzo complicado ya que necesitábamos separar la luz de una galaxia ya débil de la luz de una supernova”, dijo Ahumada. “Gemini es el único telescopio terrestre que puede realizar observaciones de seguimiento como esta con un horario lo suficientemente flexible como para permitirnos exprimir nuestras observaciones”.
Este resultado muestra que clasificar las GRB basándose únicamente en su duración no es lo más correcto y que se necesitan observaciones adicionales para determinar la causa de una GRB.
“Originalmente estábamos buscando estrellas de neutrones fusionadas, que se cree que producen estallidos cortos de rayos gamma”, agregó Ahumada. “Cuando descubrimos GRB 200826A, nos dimos cuenta de que era más probable que este estallido fuera causado por la supernova de una estrella en colapso, ¡lo cual fue una sorpresa!”
“Los telescopios Gemini continúan arrojando nueva luz sobre la naturaleza de estas increíbles explosiones que ocurren en el Universo distante”, señaló Martin Still, Jefe del Programa Gemini de la Fundación Nacional de Ciencias de Estados Unidos. “La instrumentación especializada que llegará durante la próxima década mantendrá el liderazgo de Gemini en el seguimiento de estos impresionantes eventos cósmicos”.
Notas
[1] Los estallidos de rayos gamma ocurren muy raramente, pero cuando ocurren liberan una cantidad espectacular de energía. En sólo unos segundos, un GRB típico liberará más energía que el Sol durante sus 10 mil millones de años de vida.
[2] Las estrellas de neutrones son algunos de los objetos astronómicos más pequeños, densos y extraños del Universo. Formados por el colapso de estrellas masivas, comprimen la masa de 1,4 soles en una bola de solo 10 kilómetros de diámetro. El material de las estrellas de neutrones es tan denso como el núcleo de un átomo, y una sola cucharadita de material de estrella de neutrones pesaría tanto como el Monte Everest en la Tierra. Además de su increíble densidad, las estrellas de neutrones también son intensamente calientes y poseen campos magnéticos millones de veces más fuertes que los de la Tierra.
[3] Una estrella que colapsó por su propia gravedad al final de su vida también se conoce como collapsar. Al final de sus vidas, las estrellas se quedan sin el hidrógeno que sustenta las reacciones nucleares en sus núcleos.Sin la presión estabilizadora de estas reacciones, las estrellas no pueden luchar contra la gravedad y colapsan en un exótico remanente estelar. La masa de una estrella determina su destino: las estrellas menores a 1,4 veces la masa del Sol se reducen a enanas blancas, las estrellas más grandes colapsan en estrellas de neutrones y las estrellas gigantes colapsan por completo, formando agujeros negros.
