Un jet magnético en precesión explica una explosión de rayos gamma con “latido”

El profesor An Tao, del Observatorio Astronómico de Shanghái (SHAO) de la Academia China de Ciencias, ha propuesto un novedoso modelo de «motor a reacción magnético en precesión» para explicar el peculiar estallido de rayos gamma (GRB) 250702B, una rara explosión cósmica descubierta el 2 de julio de 2025.

Este GRB exhibió destellos periódicos aproximadamente cada 47 minutos durante más de tres horas. El nuevo modelo dilucida el origen físico de este «latido» y resuelve los misterios que rodean su espectro extremadamente duro y su aparente exceso de energía. Los resultados se publicaron en The Astrophysical Journal Letters el 2 de diciembre.

El GRB 250702B fue detectado por observatorios de alta energía, como el satélite Fermi y Konus-Wind. Su singularidad reside en su estructura temporal. El estallido completo duró aproximadamente 3,2 horas e incluyó tres pulsos de rayos gamma intensos y distintos, con intervalos que fueron múltiplos enteros de un período base de aproximadamente 2825 segundos. Curiosamente, aproximadamente un día antes de este evento, el satélite chino «Sonda Einstein» detectó un estallido de rayos X más suave en el mismo lugar, que actuó como precursor del evento principal. Esta combinación de «calentamiento temprano más latidos cardíacos a escala horaria» es extremadamente rara en las observaciones de GRB.

Los GRB se encuentran entre las explosiones más violentas del universo. Las teorías existentes no pudieron explicar el momento preciso o resultaron en un «monstruo de energía» antinatural. Por lo tanto, se necesitaba urgentemente un nuevo modelo que ofreciera una explicación más razonable.

El modelo propuesto de chorro en precesión

Para resolver estos enigmas, el profesor An Tao propuso una nueva imagen integral en la que un agujero negro que gira rápidamente produce un «faro cósmico» que gira lentamente.

En concreto, el modelo imagina un agujero negro (con una masa varias veces superior a la del Sol) rodeado por un grueso disco de acreción ligeramente inclinado que lo alimenta de materia. Debido a los efectos de la relatividad general, este grueso disco no gira simplemente, sino que precesa como un giroscopio oscilante. A medida que el agujero negro acreta materia, libera un chorro relativista altamente magnetizado. Este chorro no es uniforme; se asemeja a una llama estratificada con una estructura de «espina-vaina»: un núcleo estrecho, rápido y brillante (espina) rodeado por una capa más ancha, lenta y tenue (vaina).

Si el chorro se observara directamente a lo largo de su eje, parecería una fuente de rayos gamma continuamente brillante. Sin embargo, en el caso de GRB 250702B, la línea de visión de la Tierra está ligeramente desplazada respecto al eje del chorro. A medida que el chorro precesa lentamente, la estrecha y brillante «espina» solo cruza nuestra línea de visión brevemente, una vez por ciclo de precesión. Este motor continuo se presenta como un latido cósmico que parpadea cada 47 minutos. A lo largo de las 3,2 horas de actividad, los pulsos gamma verdaderamente brillantes duran solo unos 100 segundos cada uno, lo que resulta en un ciclo de trabajo de aproximadamente el 2,6 %, una consecuencia natural de este efecto geométrico.

Explicando la energía y la luminiscencia residual

El modelo también explica por qué el GRB 250702B parecía tan energético. El estudio sugiere que el chorro está dominado por fuertes campos magnéticos, que actúan como un eficiente «generador cósmico» capaz de producir de forma natural los rayos gamma brillantes y de espectro duro observados sin necesidad de modificaciones extremas en los modelos convencionales.

Al adoptar un chorro estructurado en el que el núcleo del chorro es más brillante y energético que las capas externas, y al considerar una geometría de observación ligeramente descentrada, el modelo reproduce la luminiscencia residual observada, manteniendo la energía intrínseca dentro del rango normal de los GRB largos. Este ajuste devuelve la energía intrínseca calculada al rango normal para los GRB largos.

En esencia, el GRB 250702B ya no es un monstruo inexplicable, sino un caso extremo, pero comprensible, de un GRB largo y brillante.

Implicaciones y observaciones futuras

Una implicación importante de este trabajo es que no especifica estrictamente el progenitor del GRB 250702B (p. ej., eventos de disrupción por micromarea donde un agujero negro de masa estelar disrupciona una estrella, un agujero negro transpirando en la envoltura de una estrella de helio, la disrupción por marea de una enana blanca por un agujero negro de masa intermedia y GRB ultralargos, entre otros). En cambio, proporciona un panorama generalizado de los motores.

Siempre que se forme un disco grueso e inclinado alrededor de un agujero negro y lance un chorro altamente magnetizado, el mecanismo de «chorro en precesión + estructura de chorro de espina-vaina + efecto de visión geométrica» ​​puede operar. Esto indica que el nuevo modelo tiene una amplia aplicabilidad y el potencial de explicar una gama más amplia de fenómenos de estallidos de rayos gamma.

El profesor An esbozó varias predicciones para su verificación mediante futuras observaciones: Las observaciones de polarización de rayos gamma de alta resolución temporal deberían revelar una rotación regular del ángulo de polarización que coincide con el ciclo de latido. El análisis del dominio de frecuencia de las curvas de luz debería revelar huellas de este período, incluso durante fases relativamente tranquilas. En etapas posteriores, las observaciones mediante interferometría de línea de base muy larga (VLBI) podrían determinar directamente el tamaño angular y la forma del chorro, proporcionando evidencia visual directa para el modelo.

Señaló que continuarán utilizando el telescopio de rayos X «Sonda Einstein», el radiotelescopio esférico de apertura de quinientos metros (FAST) y grandes conjuntos internacionales de radiotelescopios para realizar observaciones de seguimiento a largo plazo y en múltiples longitudes de onda de esta fuente y fenómenos explosivos extremos similares, con el objetivo de desvelar aún más los secretos que se esconden tras los motores más violentos del universo.

Con información de The Astrophysical Journal Letters