Ilustración artística de una estrella colapsando que produce dos chorros cortos de rayos gamma. Crédito: Observatorio Internacional Gemini/NOIRLab/NSF/AURA/J. Procesamiento de imágenes da Silva: M. Zamani (NOIRLab de NSF)
El 9 de octubre de 2022, el satélite Swift de la NASA detectó un destello de rayos gamma de alta intensidad procedente de una galaxia a 1.900 millones de años luz de distancia. Apodado “BOAT”, “el más brillante de todos los tiempos”, GRB 221009A fue tan excepcionalmente poderoso que envió ondas de choque a través de la ionosfera de la Tierra, la atmósfera exterior de nuestro planeta.
“Si hubiera sucedido mucho más cerca, habría sido realmente malo”, dice Brendan O’Connor, astrónomo de la Universidad George Washington.
Un GRB “largo” (lo que significa que un estallido de rayos gamma puede durar varios minutos) de este tipo suele ser el resultado de la muerte de una estrella masiva, entre 8 y 30 veces la masa de nuestro sol. Cuando se acaba el combustible en el núcleo, la estrella se contrae y luego colapsa para formar una estrella de neutrones o un agujero negro. En este proceso, las capas externas de la estrella colapsan a su alrededor, creando un disco giratorio de gas que luego es arrastrado por un fuerte campo magnético y se esparce en dos chorros violentos que se mueven a una velocidad cercana a la de la luz. Las partículas cargadas que giran en espiral alrededor de los campos magnéticos de estos chorros emiten rayos gamma.
Si bien la mayoría de los GRB de este tipo se encuentran mucho más lejos, la relativa proximidad de GRB 221009A ha brindado a los astrónomos una visión sin precedentes de su motor central. De hecho, la combinación de brillo intenso y proximidad es tan rara que los astrónomos no esperan ver otro GRB hasta dentro de otros 1000 años en promedio.
“Sabíamos que probablemente nunca volveríamos a tener esa oportunidad”, dice el Dr. Gokul Srinivasaragavan. estudiante de la Universidad de Maryland.
Usando el telescopio Gemini Sur, la mitad del Observatorio Internacional Gemini operado por NSF NOIRLab, los autores de dos artículos sobre este descubrimiento, O’Connor y Srinivasaragavan, observaron una explosión asociada con GRB 221009A.
Un artículo, publicado en Progreso de la ciencia, estudia el “ángulo de apertura” del chorro GRB, que puede proporcionar información sobre el proceso de emisión de rayos gamma. El segundo artículo, publicado en Cartas de una revista de astrofísica describe la búsqueda de la contraparte óptica de GRB, una supernova.
Por lo general, los flujos de rayos gamma de los GRB son bastante estrechos, lo que significa que relativamente pocos se dirigen hacia nosotros. Esto limita la cantidad de GRB que podemos detectar; a menos que apunten aproximadamente en nuestra dirección, no podemos detectarlos.
Este estrecho ángulo de apertura es el resultado de campos magnéticos estrechamente enrollados que restringen el flujo de partículas. Sin embargo, GRB 221009A fue diferente. Utilizando el instrumento Espectrógrafo de Objetos Múltiples (GMOS) de Gemini South, el equipo de O’Connor determinó que el chorro de GRB 221009A tiene una forma que no se ve en otros chorros de explosión de rayos gamma.
El jet tenía un núcleo estrecho rodeado de alas anchas e inclinadas. Estas características generalmente no se observan, lo cual es desconcertante porque si estos chorros en forma de ala fueran comunes, los astrónomos esperarían haber detectado más de ellos ahora. En cambio, estas alas anchas deben ser muy raras, tan raras como el brillante GRB 221009A.
“Debe haber algo acerca de estas amplias corrientes que es exclusivo de los GRB ultrapotentes”, dice O’Connor. “Esta forma particular del chorro puede ser un sello distintivo de las explosiones más violentas y explica por qué observamos su brillo en luz óptica e infrarroja durante muchos meses después de la explosión”.
Hablando del brillo óptico, Srinivasaragavan estaba buscando una supernova compañera: la luz visible de una explosión estelar. Usando Gemini Sur, así como el Telescopio GROWTH-India, el Telescopio Lowell Discovery en Arizona y el Telescopio Liverpool en Tenerife, España, el grupo Srinivasaragavan pudo encontrar evidencia de una supernova que ahora se conoce como SN 2022xiw.
La supernova SN 2022xiw resultó ser sorprendentemente decepcionante y similar a otras supernovas.
“Descubrimos que la supernova de colapso del núcleo asociada con GRB 221009A no es ni más enérgica ni más brillante que otras asociadas con estallidos largos de rayos gamma previamente estudiados”, dice Srinivasaragavan. “Esto es contrario a nuestras ingenuas expectativas de que un estallido de rayos gamma largo más fuerte conducirá a una supernova de colapso del núcleo más poderosa”.
Basándose en el brillo de la supernova, Srinivasaragavan y O’Connor calcularon que la explosión estelar expulsó material de entre 3,5 y 11,1 masas solares. Eso es hasta 11 soles de material expulsado en solo unos segundos, y más energía liberada en ese tiempo de la que producirá un sol en su vida.
El detalle con el que los astrónomos han podido observar GRB 221009A allanará el camino para una mejor comprensión del mecanismo que produce GRB largos cuando una estrella masiva termina su vida. También puede convertirse en una especie de “piedra de Rosetta” para futuros GRB ultrabrillantes observados a mayores distancias.
Hasta entonces, la rareza de GRB 221009A significa que será recordado durante mucho tiempo, dice Srinivasaragavan. “Fue uno de los eventos más emocionantes en la memoria reciente para toda la comunidad astrofísica”.
Proporcionado por la Fundación Nacional de Ciencias