Los misterios del cosmos continúan asombrando a los astrónomos, y con cada nueva observación surge la oportunidad de profundizar, o cambiar, nuestra comprensión del universo.
En la edición del 7 de diciembre de la revista Nature, un equipo internacional de astrofísicos informa sobre el descubrimiento de un estallido cosmológico de rayos gamma (GRB) único que desafía las teorías predominantes sobre cómo se forman las violentas explosiones cósmicas. Este estallido “bicho raro” llevó al equipo a proponer un nuevo modelo, o fuente, para ciertos tipos de GRB.
Los estallidos de rayos gamma son las explosiones más luminosas y violentas del universo. Significan muertes de estrellas o colisiones de remanentes estelares. Los GRB observados generalmente se clasifican en dos categorías: GRB de corta o larga duración. Los GRB largos se originan a partir de la muerte de estrellas masivas y generalmente se asocian con transitorios ópticos brillantes llamados supernovas. Los GRB cortos tienen una duración de menos de dos segundos y se originan de las colisiones de dos estrellas de neutrones o una estrella de neutrones y un agujero negro, y generalmente se asocian con transitorios ópticos más débiles conocidos como kilonovas.
Durante décadas, los GRB encajaron muy bien en estas acogedoras categorías. Hasta ahora.
El 11 de diciembre de 2021, un GRB activó varios detectores de rayos gamma en el espacio, incluido el Telescopio de rayos gamma Fermi de la NASA y el Observatorio Neil Gehrels Swift. Esta ráfaga, con una duración de casi 70 segundos, normalmente se consideraría como un GRB largo normal. Es decir, hasta que varios equipos de EE. UU. y Europa realizaron observaciones de seguimiento y descubrieron una firma sorprendente.
“Este GRB incluye dos partes: un pico duro de 13 segundos de largo y una emisión extendida más suave de 55 segundos”, dijo el ex alumno de la UNLV y autor correspondiente del estudio Bin-Bin Zhang, quien actualmente trabaja en la Universidad de Nanjing de China. “La duración del pico fuerte de 13 segundos debería haber excluido por completo este estallido de la categoría de GRB corto”.
En otras palabras, en lugar de mostrar una supernova mucho más brillante, como se esperaba, la observación fue consistente con una kilonova que se asocia más típicamente con un GRB corto.
“Un GRB tan peculiar fue el primero de su tipo jamás detectado”, dijo el profesor de astrofísica de la UNLV Bing Zhang, coautor correspondiente del artículo de Nature. “Este descubrimiento no solo desafió nuestra comprensión de los orígenes de GRB, sino que también requiere que consideremos un nuevo modelo de cómo se forman algunos GRB”.
El equipo de investigación cree que este GRB único, conocido como GRB 211211A, probablemente se formó a través de la colisión entre una estrella de neutrones y una enana blanca, lo que se conoce como fusión WD-NS.
Las enanas blancas son objetos del tamaño de la Tierra que se forman a partir de la muerte de estrellas de baja masa, aquellas con una masa menor que la de aproximadamente ocho de nuestros soles. Las estrellas de neutrones se forman cuando las estrellas más masivas, aquellas con una masa de entre ocho y 20 soles, mueren. Cuando mueren estrellas incluso más grandes, forman agujeros negros directamente.
Las estrellas masivas de baja densidad forman GRB de larga duración, mientras que las estrellas de alta densidad, incluidas las estrellas de neutrones, forman GRB de corta duración. Según Zhang de la UNLV, las enanas blancas tienen densidades intermedias, lo que las convierte en orígenes ideales para el tipo de GRB descubierto en 2021, ya que muestra una duración intermedia sin involucrar a una estrella masiva.
“A pesar de la cantidad relativamente grande de GRB observados cada año, la firma única de GRB 211211A fue más allá de nuestros sistemas de categorías actuales y requirió una nueva forma de pensar”, dijo Zhang. “Después de una cuidadosa revisión, el único escenario de fusión que tenía sentido era el de una enana blanca y una estrella de neutrones”.
El estudiante de doctorado de la UNLV Shunke Ai y un estudiante de la Universidad de Nanjing colaboraron para desarrollar un modelo detallado para interpretar la peculiar firma de kilonova observada por GRB 211211A. Ai descubrió que si una fusión WD-NS deja atrás una estrella de neutrones que gira rápidamente, conocida como magnetar, la inyección de energía adicional del magnetar combinada con la energía de reacción nuclear del material arrojado durante el estallido puede explicar la emisión de kilonova observada para GRB 211211A.
El estudio, “Un estallido de rayos gamma de larga duración con un origen peculiar”, apareció el 7 de diciembre en la revista Nature. El documento incluye 10 coautores de 4 instituciones, siendo la UNLV y la Universidad de Nanjing las instituciones principales. En el mismo número se publican tres artículos paralelos que informan sobre la detección de la kilonova. Este artículo se centra en la propia emisión peculiar de rayos gamma y propone el modelo de fusión WD-NS para interpretar los datos.
Con información de Nature
