El 26 de agosto de 2020, el telescopio espacial de rayos gamma Fermi de la NASA detectó un pulso de radiación de alta energía que había estado corriendo hacia la Tierra durante casi la mitad de la edad actual del universo. Con una duración de solo un segundo, resultó queser uno de los libros de récords: el estallido de rayos gamma más corto GRB causado por la muerte de una estrella masiva jamás visto.
Los GRB son los eventos más poderosos del universo, detectables a miles de millones de años luz. Los astrónomos los clasifican como largos o cortos en función de si el evento dura más o menos de dos segundos. Observan ráfagas largas en asociación con la desapariciónde estrellas masivas, mientras que las ráfagas cortas se han relacionado con un escenario diferente.
"Ya sabíamos que algunos GRB de estrellas masivas podrían registrarse como GRB cortos, pero pensamos que esto se debía a limitaciones instrumentales", dijo Bin-bin Zhang de la Universidad de Nanjing en China y la Universidad de Nevada, Las Vegas. "Esta explosiónes especial porque definitivamente es un GRB de corta duración, pero sus otras propiedades apuntan a su origen en una estrella que colapsa. Ahora sabemos que las estrellas moribundas también pueden producir estallidos cortos ".
Nombrado GRB 200826A, después de la fecha en que ocurrió, el estallido es el tema de dos artículos publicados en Astronomía de la naturaleza el lunes 26 de julio. El primero, dirigido por Zhang, explora los datos de rayos gamma. El segundo, dirigido por Tomás Ahumada, estudiante de doctorado en la Universidad de Maryland, College Park y el Centro de Vuelo Espacial Goddard de la NASA en Greenbelt,Maryland, describe el resplandor crepuscular de múltiples longitudes de onda del GRB y la luz emergente de la explosión de supernova que siguió.
"Creemos que este evento fue efectivamente un fracaso, uno que estuvo cerca de no ocurrir en absoluto", dijo Ahumada. "Aun así, el estallido emitió 14 millones de veces la energía liberada por toda la galaxia de la Vía Láctea en la misma cantidad detiempo, lo que lo convierte en uno de los GRB de corta duración más enérgicos jamás vistos ".
Cuando una estrella mucho más masiva que el Sol se queda sin combustible, su núcleo colapsa repentinamente y forma un agujero negro. A medida que la materia gira hacia el agujero negro, parte de ella escapa en forma de dos poderosos chorros que se precipitan hacia afuera casila velocidad de la luz en direcciones opuestas. Los astrónomos solo detectan un GRB cuando uno de estos chorros apunta casi directamente hacia la Tierra.
Cada chorro perfora la estrella, produciendo un pulso de rayos gamma, la forma de luz de mayor energía, que puede durar hasta minutos. Después del estallido, la estrella interrumpida se expande rápidamente como una supernova.
Los GRB cortos, por otro lado, se forman cuando pares de objetos compactos, como las estrellas de neutrones, que también se forman durante el colapso estelar, giran hacia adentro durante miles de millones de años y chocan. Las observaciones de Fermi ayudaron recientemente a demostrar que, en galaxias cercanas, llamaradas gigantes de estrellas de neutrones aisladas y supermagnetizadas también se disfrazan de GRB cortos.
GRB 200826A fue una ráfaga aguda de emisión de alta energía que duró solo 0,65 segundos. Después de viajar durante eones a través del universo en expansión, la señal se había extendido hasta aproximadamente un segundo cuando fue detectada por el monitor de ráfagas de rayos gamma de Fermi.El evento también apareció en instrumentos a bordo de la misión Wind de la NASA, que orbita un punto entre la Tierra y el Sol ubicado a aproximadamente 930,000 millas 1.5 millones de kilómetros de distancia, y Mars Odyssey, que ha estado orbitando el Planeta Rojo desde 2001. El satélite INTEGRAL también observó la explosión.
Todas estas misiones participan en un sistema de localización GRB llamado InterPlanetary Network IPN, para el cual el proyecto Fermi proporciona todos los fondos estadounidenses. Debido a que la ráfaga llega a cada detector en momentos ligeramente diferentes, cualquier par de ellos se puede utilizar paraayudar a reducir en qué parte del cielo ocurrió. Aproximadamente 17 horas después del GRB, el IPN redujo su ubicación a una porción relativamente pequeña del cielo en la constelación de Andrómeda.
Utilizando el Zwicky Transient Facility ZTF financiado por la National Science Foundation en el Observatorio Palomar, el equipo escaneó el cielo en busca de cambios en la luz visible que podrían estar relacionados con el resplandor que se desvanece del GRB.
"Realizar esta búsqueda es similar a tratar de encontrar una aguja en un pajar, pero el IPN ayuda a encoger el pajar", dijo Shreya Anand, estudiante de posgrado en Caltech y coautora del artículo de postglow.de 28,000 alertas ZTF la primera noche, solo una cumplió con todos nuestros criterios de búsqueda y también apareció dentro de la región del cielo definida por el IPN ".
Un día después del estallido, el Observatorio Swift Neil Gehrels de la NASA descubrió una emisión de rayos X que se desvanecía en este mismo lugar. Un par de días después, el Very Large Array del Observatorio Nacional de Radioastronomía Karl Jansky detectó una emisión de radio variable en Nuevo México.Luego, el equipo comenzó a observar el resplandor con una variedad de instalaciones terrestres.
Observando la débil galaxia asociada con el estallido usando el Gran Telescopio Canarias, un telescopio de 10,4 metros en el Observatorio Roque de los Muchachos en La Palma en las Islas Canarias de España, el equipo demostró que su luz tarda 6.600 millones de años en llegar a nosotros.Eso es el 48% de la edad actual del universo de 13,8 mil millones de años.
Pero para demostrar que esta breve explosión provenía de una estrella que colapsaba, los investigadores también necesitaban capturar la supernova emergente.
"Si el estallido fue causado por una estrella que colapsa, entonces una vez que el resplandor se desvanezca, debería volver a brillar debido a la explosión de supernova subyacente", dijo Leo Singer, astrofísico de Goddard y asesor de investigación de Ahumada. "Pero a estas distancias, ustednecesita un telescopio muy grande y muy sensible para distinguir el punto de luz de la supernova del resplandor de fondo de su galaxia anfitriona. "
Para realizar la búsqueda, a Singer se le otorgó tiempo en el telescopio Gemini North de 8.1 metros en Hawái y el uso de un instrumento sensible llamado Espectrógrafo Multi-Objeto Gemini. Los astrónomos tomaron imágenes de la galaxia anfitriona en luz roja e infrarroja a partir de 28 días.después del estallido, repitiendo la búsqueda 45 y 80 días después del evento. Detectaron una fuente en el infrarrojo cercano, la supernova, en el primer conjunto de observaciones que no se pudo ver en las posteriores.
Los investigadores sospechan que esta explosión fue impulsada por chorros que apenas emergieron de la estrella antes de apagarse, en lugar del caso más típico en el que los chorros de larga duración salen de la estrella y viajan distancias considerables desde ella. Si el agujero negrohabía disparado chorros más débiles, o si la estrella era mucho más grande cuando comenzó su colapso, es posible que no haya habido un GRB en absoluto.
El descubrimiento ayuda a resolver un enigma de larga data. Si bien los GRB largos deben estar acoplados a las supernovas, los astrónomos detectan un número mucho mayor de supernovas que los GRB largos. Esta discrepancia persiste incluso después de tener en cuenta el hecho de que los chorros GRB deben inclinarse casi hacianuestra línea de visión para que los astrónomos los detecten.
Los investigadores concluyen que las estrellas en colapso que producen GRB cortos deben ser casos marginales cuyos chorros a la velocidad de la luz se tambalean al borde del éxito o el fracaso, una conclusión consistente con la idea de que la mayoría de las estrellas masivas mueren sin producir chorros ni GRB en absoluto., este resultado demuestra claramente que la duración de una ráfaga por sí sola no indica de forma única su origen.
El telescopio espacial de rayos gamma Fermi es una asociación de astrofísica y física de partículas administrada por el Goddard Space Flight Center de la NASA en Greenbelt, Maryland. Fermi se desarrolló en colaboración con el Departamento de Energía de EE. UU., Con importantes contribuciones de instituciones académicas y socios en Francia., Alemania, Italia, Japón, Suecia y Estados Unidos.
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