Los astrónomos de Arizona compiten para dar sentido al estallido de rayos gamma más brillante jamás visto

Astrónomos de la Universidad de Arizona se han unido a un esfuerzo internacional para estudiar las consecuencias del destello de rayos gamma más brillante jamás observado. Las observaciones que involucran varios telescopios e instrumentos de UArizona brindan a los astrónomos un “laboratorio cósmico” para estudiar cómo mueren las estrellas masivas.

El 9 de octubre, un pulso de intensa radiación recorrió el sistema solar, tan excepcional que los astrónomos rápidamente lo llamaron BARCO, el más brillante de todos los tiempos. La fuente fue un estallido de rayos gamma, o GRB, la clase de explosión más poderosa del universo.

El estallido activó detectores en numerosas naves espaciales y los observatorios de todo el mundo lo siguieron. Después de analizar todos los datos, los astrónomos ahora pueden caracterizar cuán brillante era y comprender mejor su impacto científico. Dos equipos de investigación de la Universidad de Arizona se unieron al esfuerzo internacional para obtener y analizar los datos para comprender mejor qué causa estos estallidos de proporciones cósmicas. Los artículos que describen los resultados aparecerán en una edición especial de The Astrophysical Journal Letters.

“Este destello de rayos gamma fue el estallido más brillante jamás registrado”, dijo Kate Alexander, profesora asistente en el Departamento de Astronomía de UArizona y el Observatorio Steward, coautora de uno de los artículos. “Uno esperaría uno de esta magnitud una vez cada 10.000 años”.

Las observaciones del estallido abarcan el espectro electromagnético, desde ondas de radio hasta rayos gamma, e incluyen datos de muchas misiones de la NASA y sus socios, incluido el radiotelescopio Karl G. Jansky Very Large Array de la Fundación Nacional de Ciencias en Nuevo México, el observatorio NuSTAR de la NASA e incluso Voyager. 1 en el espacio interestelar. Alexander y otros científicos presentaron nuevos hallazgos sobre el BOAT en la reunión de la División de Astrofísica de Alta Energía de la Sociedad Astronómica Estadounidense en Waikoloa, Hawái, el martes.

La señal del estallido de rayos gamma, denominado GRB 221009A, había estado viajando durante aproximadamente 1.900 millones de años antes de llegar a la Tierra, lo que lo convierte en uno de los GRB “largos” más cercanos conocidos, cuya emisión inicial dura más de dos segundos. Los astrónomos creen que estos estallidos representan el grito de nacimiento de un agujero negro que se formó cuando el núcleo de una estrella masiva colapsó por su propio peso. A medida que ingiere rápidamente la materia circundante, el agujero negro lanza chorros en direcciones opuestas que contienen partículas aceleradas casi a la velocidad de la luz. Estos chorros atraviesan la estrella y emiten rayos X y rayos gamma a medida que fluyen hacia el espacio. A medida que estas corrientes de materia se expanden hacia el espacio, chocan contra el gas y el polvo alrededor de la estrella, produciendo una luz de “resplandor residual” de larga duración que los telescopios pueden detectar en todo el espectro electromagnético.

Para comprender mejor la causa y las propiedades de GRB 221009A, los astrónomos de UArizona aprovecharon varios telescopios capaces de observar en múltiples longitudes de onda, incluido el Telescopio Binocular Grande del Observatorio Steward en el Monte Graham y el MMT en el Monte Hopkins.

“Con las supernovas y los estallidos de rayos gamma, el tiempo lo es todo y, debido a nuestra ubicación, tenemos acceso a un excelente conjunto de instrumentos”, dijo Manisha Shrestha, asistente de investigación postdoctoral en el Observatorio Steward, quien es el primer autor de otro artículo. “Entonces, una vez que estalló este estallido de rayos gamma, pudimos seguirlo con nuestras propias observaciones muy rápidamente”.

“Al estar tan cerca y ser tan brillante, este estallido nos ofreció una oportunidad sin precedentes para recopilar observaciones del resplandor residual en todo el espectro electromagnético y probar qué tan bien nuestros modelos reflejan lo que realmente sucede en los chorros GRB”, agregó Alexander. “Veinticinco años de modelos de posluminiscencia que han funcionado muy bien no pueden explicar completamente este jet. En particular, encontramos un nuevo componente de radio que no entendemos del todo. Esto puede indicar una estructura adicional dentro del jet o sugerir la necesidad de revisar nuestros modelos de cómo los aviones GRB interactúan con su entorno”.

Los chorros en sí no eran inusualmente poderosos, pero eran excepcionalmente estrechos, muy parecidos a la configuración de chorro de una manguera de jardín, y uno apuntaba directamente a la Tierra, explicó Alexander. Cuanto más cerca de frente vemos un chorro, más brillante parece. Aunque el resplandor fue inesperadamente tenue con las energías de radio, es probable que GRB 221009A permanezca detectable durante años, brindando una nueva oportunidad para rastrear el ciclo de vida completo de un poderoso avión.

Con este tipo de GRB, los astrónomos también esperan encontrar una supernova brillante, como consecuencia de la explosión de una estrella muy masiva, unas semanas más tarde, pero hasta ahora ha resultado difícil de alcanzar.

“Cuando veamos el estallido de rayos gamma más brillante jamás registrado, esperamos ver una supernova brillante asociada con él”, dijo Shrestha. “Descubrimos que no había una señal clara que indicara la presencia de características de supernova en nuestros datos. Este es un descubrimiento desconcertante, ya que está bien establecido que los GRB largos provienen de la explosión de estrellas masivas”.

Shrestha dijo que podría ser que una supernova, mucho más débil de lo esperado, podría estar “escondiéndose” en el intenso resplandor. Otra razón podría ser la ubicación del GRB, que apareció en una parte del cielo solo unos pocos grados por encima del plano de nuestra propia galaxia, donde las espesas nubes de polvo pueden atenuar en gran medida la luz entrante.

“O podría ser que no haya una supernova presente”, dijo, “lo que abre preguntas interesantes sobre nuestra comprensión fundamental de estas explosiones extremadamente energéticas”.

Una posible explicación de la falta de signos reveladores de una supernova, dicen los investigadores, podría ser que toda la estrella colapsó directamente en el agujero negro en lugar de terminar su vida en una explosión espectacular.

Debido a su intensidad, el estallido proporciona un banco de pruebas extraordinariamente raro para desarrollar la próxima generación de teorías físicas que podrían explicar estos fenómenos aún mejor, según los investigadores. Si bien se planean observaciones adicionales con el Telescopio Espacial James Webb y el Telescopio Espacial Hubble durante los próximos meses, el equipo de UArizona planea maximizar su “ventaja local”, según David Sand, profesor asociado en el Observatorio Steward y coautor. en el papel dirigido por Shrestha.

“Tenemos algunos de los telescopios más grandes del mundo aquí en Arizona, y muy pronto volveremos a observar esta fuente para ver cómo evoluciona con el tiempo”, dijo. “Queremos aprender más sobre su entorno y profundizar en por qué no coincide perfectamente con nuestros modelos. Con suerte, nuestras próximas observaciones ayudarán a aclarar parte del misterio en torno a este objeto”.

Con información de Universidad de Arizona