Un equipo de astrónomos dirigido por la Universidad Northwestern ha desarrollado el inventario más extenso hasta la fecha de las galaxias donde se originan los estallidos cortos de rayos gamma (SGRB).
Utilizando varios instrumentos de alta sensibilidad y modelado sofisticado de galaxias, los investigadores identificaron los hogares galácticos de 84 SGRB y probaron las características de 69 de las galaxias anfitrionas identificadas. Entre sus hallazgos, descubrieron que alrededor del 85% de los SGRB estudiados provienen de galaxias jóvenes que forman estrellas activamente.
Los astrónomos también encontraron que ocurrieron más SGRB en épocas anteriores, cuando el universo era mucho más joven, y con mayores distancias de los centros de sus galaxias anfitrionas, de lo que se sabía anteriormente. Sorprendentemente, se detectaron varios SGRB lejos de sus galaxias anfitrionas, como si los hubieran «expulsado», un hallazgo que plantea dudas sobre cómo pudieron viajar tan lejos.
«Este es el catálogo más grande de galaxias anfitrionas SGRB que jamás haya existido, por lo que esperamos que sea el estándar de oro durante muchos años», dijo Anya Nugent, una estudiante graduada de Northwestern que dirigió el estudio centrado en el modelado de galaxias anfitrionas. «Construir este catálogo y finalmente tener suficientes galaxias anfitrionas para ver patrones y sacar conclusiones significativas es exactamente lo que el campo necesitaba para impulsar nuestra comprensión de estos fantásticos eventos y lo que les sucede a las estrellas después de que mueren».
El equipo publicará dos artículos, detallando el nuevo catálogo. Ambos artículos se publicarán el lunes 21 de noviembre en The Astrophysical Journal. Debido a que los SGRB se encuentran entre las explosiones más brillantes del universo, el equipo llama a su catálogo BRIGHT (repositorio de banda ancha para investigar rasgos de host de estallidos de rayos gamma). Todos los productos de modelado y datos de BRIGHT están disponibles públicamente en línea para uso de la comunidad.
Nugent es estudiante de posgrado en física y astronomía en la Facultad de Artes y Ciencias Weinberg de Northwestern y miembro del Centro para la Exploración e Investigación Interdisciplinaria en Astrofísica (CIERA). La asesora Wen-fai Fong, profesor asistente de física y astronomía en Weinberg y miembro clave de CIERA, quien dirigió un segundo estudio centrado en las observaciones del anfitrión SGRB.
Punto de referencia para futuras comparaciones
Cuando dos estrellas de neutrones chocan, generan destellos momentáneos de luz intensa de rayos gamma, conocidos como SGRB. Mientras que los rayos gamma duran unos segundos, la luz óptica puede continuar durante horas antes de desvanecerse por debajo de los niveles de detección (un evento llamado resplandor posterior). Los SGRB son algunas de las explosiones más luminosas del universo con, como máximo, una docena detectadas y señaladas cada año. Actualmente representan la única forma de estudiar y comprender una gran población de sistemas de estrellas de neutrones fusionados.
Desde que el Observatorio Neil Gehrels Swift de la NASA descubrió por primera vez un resplandor SGRB en 2005, los astrónomos han pasado los últimos 17 años tratando de comprender qué galaxias producen estos poderosos estallidos. Las estrellas dentro de una galaxia pueden dar una idea de las condiciones ambientales necesarias para producir SGRB y pueden conectar los estallidos misteriosos con sus orígenes de fusión de estrellas de neutrones. Hasta ahora, solo un SGRB (GRB 170817A) tiene un origen confirmado de fusión de estrellas de neutrones, ya que se detectó solo unos segundos después de que los detectores de ondas gravitacionales observaran la fusión binaria de estrellas de neutrones (GW170817).
«En una década, la próxima generación de observatorios de ondas gravitacionales podrá detectar fusiones de estrellas de neutrones a las mismas distancias que los SGRB actuales», dijo Fong. «Por lo tanto, nuestro catálogo servirá como punto de referencia para la comparación con futuras detecciones de fusiones de estrellas de neutrones».
«El catálogo realmente puede tener impactos más allá de una sola clase de transitorios como los SGRB», dijo Yuxin «Vic» Dong, coautor del estudio y Ph.D. en astrofísica. estudiante en Northwestern. «Con la gran cantidad de datos y resultados presentados en el catálogo, creo que una variedad de proyectos de investigación harán uso de él, tal vez incluso de formas en las que aún no hemos pensado».
Información sobre los sistemas de estrellas de neutrones
Para crear el catálogo, los investigadores utilizaron varios instrumentos altamente sensibles en W.M. Observatorio Keck, los Observatorios Gemini, el Observatorio MMT, el Observatorio del Gran Telescopio Binocular y los Telescopios Magellan en el Observatorio Las Campanas para capturar imágenes profundas y espectroscopia de algunas de las galaxias más débiles identificadas en el estudio de los anfitriones SGRB. El equipo también utilizó datos de dos de los Grandes Observatorios de la NASA, el Telescopio Espacial Hubble y el Telescopio Espacial Spitzer.
Antes de estos nuevos estudios, los astrónomos caracterizaron las galaxias anfitrionas a partir de solo un par de docenas de SGRB. El nuevo catálogo cuadruplica el número de muestras existentes. Con la ventaja de un conjunto de datos mucho más grande, el catálogo muestra que las galaxias anfitrionas de SGRB pueden ser jóvenes y en formación de estrellas o viejas y cercanas a la muerte. Esto significa que los sistemas de estrellas de neutrones se forman en una amplia gama de entornos y muchos de ellos tienen escalas de tiempo rápidas de formación a fusión. Debido a que las fusiones de estrellas de neutrones crean elementos pesados como el oro y el platino, los datos del catálogo también profundizarán la comprensión de los científicos sobre cuándo se crearon por primera vez los metales preciosos en el universo.
«Sospechamos que los SGRB más jóvenes que encontramos en las galaxias anfitrionas más jóvenes provienen de sistemas estelares binarios que se formaron en un ‘estallido’ de formación estelar y están tan estrechamente unidos que pueden fusionarse muy rápido», dijo Nugent. «Teorías de larga data han sugerido que debe haber formas de fusionar estrellas de neutrones rápidamente, pero, hasta ahora, no hemos podido presenciarlas. Encontramos evidencia de SGRB más antiguos en las galaxias que son mucho más antiguas y creemos que las estrellas en esos las galaxias tardaron más en formar un sistema binario o eran un sistema binario que estaba más separado. Por lo tanto, tardaron más en fusionarse».
Potencial de JWST
Con la capacidad de detectar las galaxias anfitrionas más tenues desde épocas muy tempranas del universo, el nuevo observatorio insignia de infrarrojos de la NASA, el Telescopio Espacial James Webb (JWST), está preparado para avanzar aún más en la comprensión de las fusiones de estrellas de neutrones y cuánto retrocedieron en el tiempo. empezó.
«Estoy muy entusiasmado con la posibilidad de usar JWST para sondear más profundamente en los hogares de estos eventos raros y explosivos», dijo Nugent. «La capacidad de JWST para observar galaxias débiles en el universo podría descubrir más galaxias anfitrionas SGRB que actualmente están evadiendo la detección, tal vez incluso revelando una población perdida y un vínculo con el universo primitivo».
«Comencé las observaciones para este proyecto hace 10 años y fue muy gratificante poder pasar la antorcha a la próxima generación de investigadores», dijo Fong. «Es una de las mayores alegrías de mi carrera ver que años de trabajo cobran vida en este catálogo, gracias a los jóvenes investigadores que realmente llevaron este estudio al siguiente nivel».
Con inormación de The Astrophysical Journal
