Un extraño estallido de rayos gamma rompe las reglas de estas llamaradas cósmicas

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Los astrónomos han detectado un estallido brillante de rayos gamma que anula las teorías anteriores sobre cómo se producen estas llamaradas cósmicas energéticas.

Durante décadas, los astrónomos pensaron que los GRB venían en dos versiones, larga y corta, es decir, duraban más de dos segundos o se extinguían antes. Cada tipo se ha relacionado con diferentes eventos cósmicos. Pero hace aproximadamente un año, dos telescopios espaciales de la NASA capturaron un GRB corto con ropa larga de GRB: duró mucho tiempo pero provino de una fuente de GRB corto.

«Teníamos esta visión en blanco y negro del universo», dice la astrofísica Eleonora Troja de la Universidad Tor Vergata en Roma. «Es la bandera roja que nos dice, no, no lo es. ¡Sorpresa!»

Este estallido, llamado GRB 211211A, es el primero en romper sin ambigüedades el binario, informan Troja y otros el 7 de diciembre en cinco artículos en La naturaleza y astronomía natural.

Antes del descubrimiento de este estallido, los astrónomos pensaban principalmente que solo había dos formas de producir un GRB. El colapso de una estrella masiva justo antes de que explote en una supernova podría producir un largo estallido de rayos gamma, que dura más de dos segundos (Número de serie: 28/10/22). O un par de cuerpos estelares densos llamados estrellas de neutrones podrían chocar, fusionarse y formar un nuevo agujero negro, liberando un breve estallido de rayos gamma que dura dos segundos o menos.

Pero hubo algunos casos atípicos. Un GRB sorprendentemente corto en 2020 parecía provenir de la implosión de una estrella masiva (Número de serie: 08/02/21). Y algunos GRB de larga vida que se remontan a 2006 no tuvieron una idea de último momento de supernova, lo que plantea dudas sobre sus orígenes.

«Siempre supimos que había una superposición», dice la astrofísica Chryssa Kouveliotou de la Universidad George Washington en Washington, DC, quien escribió el Artículo de 1993 que introdujo las dos categorías de GRB, pero no participó en el nuevo trabajo. «Hubo valores atípicos que no sabíamos cómo interpretar».

No existe tal misterio sobre GRB 211211A: el estallido duró más de 50 segundos y estuvo claramente acompañado por una kilonova, el brillo característico de los nuevos elementos forjados después de un choque de una estrella de neutrones.

«Aunque sospechábamos que era posible que los GRB de emisión larga fueran fusiones… esta es la primera confirmación», dice el astrofísico Benjamin Gompertz de la Universidad de Birmingham en Inglaterra, quien describe observaciones de ráfagas dentro astronomía natural. «Él tiene la kilonova, que es la pistola humeante».

Los telescopios espaciales Swift y Fermi de la NASA detectaron la explosión el 11 de diciembre de 2021, en una galaxia a unos 1.100 millones de años luz de distancia. «Pensamos que era un estallido largo de rayos gamma mundano», dice el astrofísico Wen-fai Fong de la Universidad Northwestern en Evanston, Illinois.

A medida que pasaban las semanas y no aparecía ninguna supernova, los investigadores se confundieron. Sus observaciones revelaron que lo que sea que hizo que el GRB también emitiera mucha más luz óptica e infrarroja de lo que es típico para la fuente de un GRB largo.

Después de descartar otras explicaciones, Troja y sus colegas compararon las consecuencias del estallido con la primera kilonova jamás observada en concierto con ondas en el espacio-tiempo llamadas ondas gravitacionales (Número de serie: 16/10/17). El partido fue casi perfecto. «Fue entonces cuando mucha gente se convenció de que estábamos hablando de una kilonova», dice ella.

En retrospectiva, parece obvio que fue una kilonova, dice Troja. Pero en ese momento, era tan imposible como ver un león en el Ártico. «Parece un león, ruge como un león, pero no debería estar allí, así que no puede estar allí», dijo. «Así es exactamente como nos sentimos».

Ahora la pregunta es, ¿qué pasó? Como regla general, las estrellas de neutrones que se fusionan colapsan casi inmediatamente en un agujero negro. Los rayos gamma provienen del material que se sobrecalienta cuando cae en el agujero negro, pero el material es raro y el agujero negro se lo traga en dos segundos. Entonces, ¿cómo GRB 211211A mantuvo su luz encendida durante casi un minuto?

Es posible que las estrellas de neutrones primero se fusionaran en una sola estrella de neutrones más grande, que resistió brevemente la presión para colapsar en un agujero negro. Esto tiene implicaciones para la física fundamental que describe lo difícil que es aplastar neutrones en un agujero negro, dice Gompertz.

Otra posibilidad es que una estrella de neutrones colisionara con un pequeño agujero negro, de unas cinco veces la masa del sol, en lugar de con otra estrella de neutrones. Y el proceso de que el agujero negro se comiera la estrella de neutrones tomó más tiempo.

O podría haber sido otra cosa: un estrella de neutrones fusionándose con una enana blancael astrofísico Bing Zhang de la Universidad de Nevada, Las Vegas y sus colegas sugieren en La naturaleza. “Sugerimos un tercer tipo de progenitor, algo bastante diferente de los dos tipos anteriores”, dice.

Las enanas blancas son los restos de estrellas más pequeñas como el Sol y no son tan densas ni compactas como las estrellas de neutrones. Una colisión entre una enana blanca y una estrella de neutrones aún podría producir una kilonova si la enana blanca es muy pesada.

El objeto resultante podría ser una estrella de neutrones altamente magnetizada llamada magnetar (Número de serie: 12/01/20). El magnetar podría haber continuado bombeando energía en rayos gamma y otras longitudes de onda de luz, extendiendo la vida del estallido, dice Zhang.

Cualesquiera que sean sus orígenes, GRB 211211A es un gran problema para la física. «Es importante porque queríamos entender, ¿qué son estos eventos?» dijo Kouveliotou.

Comprender qué lo causó podría arrojar luz sobre cómo se forman los elementos pesados ​​​​en el universo. Y algunos GRB largos ya vistos que los científicos pensaron que provenían de supernovas podrían en realidad provenir de fusiones.

Para obtener más información, los científicos necesitan encontrar más de estos GRB antibinarios, así como observaciones de ondas gravitacionales al mismo tiempo. Trejo cree que pueden obtenerlo cuando el Observatorio de ondas gravitacionales con interferómetro láser, o LIGO, vuelva a estar en línea en 2023.

“Espero que LIGO produzca pruebas”, dice Kouveliotou. «La naturaleza podría ser amable y darnos algunos de estos eventos con contrapartes de ondas gravitacionales, y tal vez [help us] entender lo que está pasando. »