El 9 de octubre de 2022, el Observatorio Swift en órbita registró por primera vez la explosión de rayos gamma inusualmente brillante GRB 221009A.
Durante los meses siguientes, investigadores de todo el mundo analizaron la fuente de los rayos gamma para recuperar detalles del inusual evento astronómico y encontrar su fuente.
La ubicación del estallido de rayos gamma GRB 221009A contra el fondo de la Vía Láctea. Imagen: Centro de Vuelo Espacial Goddard de la NASA
¿Qué es un estallido de rayos gamma?
Explosión de rayos gamma (GRB)Los astrofísicos llaman explosión de radiación gamma a corto plazo, una corriente de fotones con una longitud de onda extremadamente corta (menos de 2⋅10−10 m) y alta energía. Estos eventos astronómicos representan la liberación de enormes cantidades de energía y, por regla general, se registran en galaxias distantes. Un estallido de rayos gamma es uno de los eventos más brillantes del Universo.
Los investigadores han descubierto explosiones de rayos gamma relativamenteRecientemente: en los años 60 del siglo pasado. En 1963, la NASA puso en órbita el satélite militar Vela, equipado con detectores de neutrones, rayos X y rayos gamma. Se suponía que debía supervisar el cumplimiento por parte de la URSS y otros países del Tratado de Prohibición de los Ensayos Nucleares. Los instrumentos del satélite no detectaron pruebas nucleares, pero descubrieron accidentalmente ráfagas de radiación gamma que emanaban del espacio profundo.
Los investigadores distinguen dos tipos de estallidos de rayos gamma,que difieren en duración: corta y larga. La primera categoría incluye destellos que duran desde unos pocos milisegundos hasta dos segundos. Se cree que la fuente de tal evento es la fusión de dos estrellas de neutrones con la formación de una kilonova o la absorción de una estrella de neutrones por un agujero negro.
El segundo tipo son los estallidos largos de rayos gamma.Pueden durar desde unos pocos segundos hasta varios minutos. La hipótesis principal sugiere que los estallidos largos de rayos gamma están asociados con una explosión de supernova: la etapa final en la evolución de las estrellas, cuya masa es 10 o más veces mayor que la del sol. Pero en 2022, los astrofísicos del observatorio Gemini informaron del descubrimiento de una kilonova, formada después de la fusión de estrellas de neutrones, en el sitio del largo estallido de rayos gamma GRB 211211A registrado un año antes.
Imagen animada de un largo estallido de rayos gamma asociado con el colapso de una estrella masiva. Animación: Centro de vuelos espaciales Goddard de la NASA
¿Qué tiene de inusual el estallido de rayos gamma GRB 221009A?
El estallido de rayos gamma de GRB 221009A duró más decinco minutos. Esto significa que pertenece a estallidos largos y probablemente esté asociado con el colapso del núcleo de una estrella masiva en un agujero negro y una explosión de supernova. Sorprendentemente, en el tiempo transcurrido desde la primera observación de un estallido de rayos gamma, los investigadores no han podido confirmar la formación de una supernova en el lugar de la explosión ni encontrar una fuente alternativa de radiación.
Además, la salpicadura era tan brillante quecegó a la mayoría de los detectores de rayos gamma cósmicos, por lo que no pudieron capturar directamente la intensidad real de la radiación. Los investigadores utilizaron datos recopilados por el telescopio Fermi y el espectrómetro de rayos gamma de cono para reconstruir esta información. El análisis mostró que GRB 221009A era 70 veces más brillante que cualquier otro estallido de rayos gamma observado.
Comparación de GRB 221009A y los cuatro estallidos de rayos gamma más potentes registrados anteriormente. Imagen: Centro de vuelos espaciales Goddard de la NASA y Adam Goldstein (USRA)
Cálculos realizados por los astrofísicos del proyecto"Integral" de la Agencia Espacial Europea (ESA), muestran que mientras duró la explosión, cerca de un gigavatio de energía cayó en las capas superiores de la atmósfera terrestre. Esto es equivalente a la potencia de una planta de energía terrestre. El evento fue tan brillante que incluso hoy en día el resplandor residual de longitud de onda más larga, el resplandor residual, todavía es visible.
Análisis de una muestra de 7.000Los GRB registrados por Fermi y Cone muestran que tales GRB a gran escala deberían ocurrir más de una vez cada 10.000 años. "GRB 221009A fue probablemente el estallido más brillante de rayos X y rayos gamma desde los albores de la civilización humana", dijo Eric Burns, investigador de la Universidad Estatal de Luisiana en Baton Rouge.
El resplandor de GRB 221009A, capturado por el telescopio Hubble. Imagen: NASA, ESA, CSA, STScI, A. Levan (Universidad de Radboud); Procesamiento de imágenes: Gladys Kober
¿Qué han aprendido los astrofísicos?
Para reconstruir mejor la historia del estallido de rayos gamma, los investigadores utilizaron instrumentos que detectan radiación electromagnética en una variedad de longitudes de onda, desde ondas de radio hasta rayos gamma.
Los primeros resultados científicos muestran cómoLos rayos X iluminaron las nubes de polvo en la Vía Láctea a medida que se extendían. Los investigadores calcularon que la radiación viajó a través del espacio intergaláctico durante unos 1.900 millones de años antes de entrar en nuestra galaxia. Chocó con la primera nube de polvo en las "afueras" de la Vía Láctea hace unos 60 mil años, y con la última, unos mil.
Cada vez que los rayos X chocancon la nube de polvo, dispersaron parte de la radiación, creando anillos concéntricos que parecían expandirse hacia afuera. El telescopio espacial de rayos X XMM-Newton de la ESA observó estos anillos durante varios días después del estallido de rayos gamma. Las nubes cercanas formaron los anillos más grandes simplemente porque parecen más grandes en perspectiva, explican los científicos.
Anillos de polvo de GRB 221009A observados por un telescopio de rayos X. Imagen: ESA/XMM-Newton/M. Rigoselli (INAF)
Viajando por la Vía Láctea, rayos Xiluminó secuencialmente 20 nubes de polvo de nuestra galaxia. El análisis de radiación ayudó a calcular la distancia a ellos y analizar las propiedades de sus partículas constituyentes.
A lo largo de los años, los investigadores han propuesto una serie devarias teorías que describen las propiedades de los granos de polvo. Los investigadores superpusieron estos patrones en los datos recopilados. Descubrieron que un modelo que sugiere que las partículas están compuestas principalmente de grafito, una forma cristalina de carbono, se ajusta mejor a las observaciones.
fuente misteriosa
A pesar de la gran cantidad de datos recopiladossigue siendo un misterio qué causó exactamente un estallido de rayos gamma tan brillante. Dado que la versión principal vincula los estallidos largos de rayos gamma con una explosión de supernova, los investigadores utilizaron los telescopios espaciales James Webb y Hubble para buscar los comienzos de una futura nebulosa. Pero ninguno de los telescopios encontró nada en el sitio de la supuesta explosión.
Una posible razón es queEl GRB apareció en una parte del cielo que está solo unos pocos grados por encima del plano de la Vía Láctea, donde las espesas nubes de polvo pueden enturbiar mucho la luz incidente. Si es así, tal vez más observaciones ayuden a encontrar los restos de la supernova.
Ilustración de los componentes principales de un largoExplosión de rayos gamma, el tipo más común. El núcleo de una estrella masiva (izquierda) se ha colapsado, formando un agujero negro que envía una corriente de partículas que se mueven a través del material de la estrella hacia el espacio casi a la velocidad de la luz. Las emisiones en todo el espectro surgen del gas ionizado caliente cerca del agujero negro recién nacido, de las colisiones entre capas de gas que se mueven rápidamente dentro del chorro (ondas de choque internas) y del borde de ataque del chorro a medida que se aleja e interactúa con su entorno. (shock externo). Imagen: Centro de vuelos espaciales Goddard de la NASA
Una hipótesis alternativa sugiere que la estrellaera tan masivo que después de la explosión inicial, inmediatamente formó un agujero negro, que se tragó todo el material que de otro modo formaría una nube de gas.
Los astrofísicos continúan buscando restosestrella en explosión. Los investigadores ahora están buscando rastros de elementos pesados como el oro, que se cree que se formaron en poderosas explosiones asociadas con el colapso del núcleo de una estrella masiva.
Los investigadores también señalan que es probable queEl poder inusual del estallido de rayos gamma se debe al hecho de que el chorro de energía (chorro) expulsado durante la formación del agujero negro se dirigió directamente a la Tierra. Analizar el resplandor y la polarización de la luz de una explosión de este tipo ayudará a aprender más sobre cómo se forman los chorros.
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En la portada: ilustración artística de un estallido de rayos gamma. Imagen: NASA/Swift/Cruz deWilde