Los científicos han obtenido la mejor vista hasta ahora de las explosiones más brillantes del universo: un observatorio especializado en Namibia ha registrado la radiación más enérgica y el resplandor de rayos gamma más largo de un llamado estallido de rayos gamma GRB hasta la fecha.observaciones con el Sistema Estereoscópico de Alta Energía HESS desafían la idea establecida de cómo se producen los rayos gamma en estas colosales explosiones estelares que son los gritos de nacimiento de los agujeros negros, como informa el equipo internacional en la revista ciencia .
"Los estallidos de rayos gamma son rayos X brillantes y destellos de rayos gamma observados en el cielo, emitidos por fuentes extragalácticas distantes", explica la científica de DESY Sylvia Zhu, una de las autoras del artículo. "Son las explosiones más grandes endel universo y asociado con el colapso de una estrella masiva que gira rápidamente en un agujero negro. Una fracción de la energía gravitacional liberada alimenta la producción de una onda explosiva ultrarelativista. Su emisión se divide en dos fases distintas: una fase inicial caótica rápida que dura decenas dede segundos, seguido de una fase de resplandor de larga duración que se desvanece suavemente. "
El 29 de agosto de 2019 los satélites Fermi y Swift detectaron un estallido de rayos gamma en la constelación de Eridanus. El evento, catalogado como GRB 190829A según su fecha de ocurrencia, resultó ser uno de los estallidos de rayos gamma más cercanos observadoshasta ahora, con una distancia de aproximadamente mil millones de años luz. A modo de comparación: el estallido de rayos gamma típico está a unos 20 mil millones de años luz de distancia. "Realmente estábamos sentados en la primera fila cuando ocurrió este estallido de rayos gamma", explica el coautorAndrew Taylor de DESY. El equipo captó el resplandor de la explosión inmediatamente cuando se hizo visible para los telescopios HESS. "Pudimos observar el resplandor durante varios días y energías de rayos gamma sin precedentes", informa Taylor.
La distancia comparativamente corta hasta este estallido de rayos gamma permitió mediciones detalladas del espectro del resplandor crepuscular, que es la distribución de "colores" o energías fotónicas de la radiación, en el rango de energía muy alto ". Podríamos determinar el espectro de GRB 190829Ahasta una energía de 3,3 tera-electronvoltios, eso es aproximadamente un billón de veces más energético que los fotones de la luz visible ", explica la coautora Edna Ruiz-Velasco del Instituto Max Planck de Física Nuclear en Heidelberg." Esto es lo que es tan excepcionalsobre este estallido de rayos gamma, sucedió en nuestro patio trasero cósmico, donde los fotones de muy alta energía no fueron absorbidos en colisiones con la luz de fondo en su camino a la Tierra, como sucede en distancias más grandes en el cosmos ".
El equipo pudo seguir el resplandor hasta tres días después de la explosión inicial. El resultado fue una sorpresa: "Nuestras observaciones revelaron similitudes curiosas entre los rayos X y la emisión de rayos gamma de muy alta energía del resplandor de la explosión".informa Zhu. Las teorías establecidas asumen que los dos componentes de emisión deben ser producidos por mecanismos separados: el componente de rayos X se origina a partir de electrones ultrarrápidos que se desvían en los fuertes campos magnéticos del entorno de la explosión. Este proceso de "sincrotrón" es bastante similara cómo los aceleradores de partículas en la Tierra producen rayos X brillantes para investigaciones científicas.
Sin embargo, según las teorías existentes, parecía muy poco probable que incluso las explosiones más poderosas del universo pudieran acelerar los electrones lo suficiente como para producir directamente los rayos gamma de muy alta energía observados. Esto se debe a un "límite de combustión".que está determinado por el equilibrio de aceleración y enfriamiento de las partículas dentro de un acelerador. La producción de rayos gamma de muy alta energía requiere electrones con energías mucho más allá del límite de combustión. En cambio, las teorías actuales asumen que en una explosión de rayos gamma,los electrones chocan con los fotones de sincrotrón y, por lo tanto, los impulsan a energías de rayos gamma en un proceso denominado autocomptón de sincrotrón.
Pero las observaciones del resplandor de GRB 190829A ahora muestran que ambos componentes, los rayos X y los rayos gamma, se desvanecieron en sincronía. Además, el espectro de rayos gamma coincidió claramente con una extrapolación del espectro de rayos X. Juntos, estos resultados son unaUna fuerte indicación de que los rayos X y los rayos gamma de muy alta energía en este resplandor fueron producidos por el mismo mecanismo ". Es bastante inesperado observar características espectrales y temporales tan notablemente similares en los rayos X y rayos gamma de muy alta energía.bandas de energía de rayos, si la emisión en estos dos rangos de energía tuviera diferentes orígenes ", dice el coautor Dmitry Khangulyan de la Universidad Rikkyo en Tokio. Esto plantea un desafío para el origen del sincrotrón autocompton de la emisión de rayos gamma de muy alta energía.
La implicación de gran alcance de esta posibilidad destaca la necesidad de realizar más estudios sobre la emisión de resplandor de GRB de muy alta energía. GRB 190829A es solo el cuarto estallido de rayos gamma detectado desde el suelo. Sin embargo, las explosiones detectadas anteriormente ocurrieron mucho más lejosen el cosmos y su resplandor solo se podía observar durante unas pocas horas cada uno y no a energías superiores a 1 tera-electronvoltio TeV ". Mirando hacia el futuro, las perspectivas para la detección de estallidos de rayos gamma por instrumentos de próxima generación comoel conjunto de telescopios Cherenkov que se está construyendo actualmente en los Andes chilenos y en la isla canaria de La Palma parece prometedor ", dice el portavoz de HESS Stefan Wagner de Landessternwarte Heidelberg." La abundancia general de estallidos de rayos gamma nos lleva a esperar que las detecciones regularesen la banda de muy alta energía se volverá bastante común, ayudándonos a comprender completamente su física ".
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Deutsches Elektronen-Synchrotron DESY . Nota: el contenido se puede editar por estilo y longitud.
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