Illustraton del artista de un agujero negro que consume una estrella de neutrones. Crédito de la imagen: Dana Berry / NASA. Click para agrandar.
Los científicos han resuelto un misterio de 35 años sobre el origen de poderosos destellos de luz de una fracción de segundo llamados ráfagas cortas de rayos gamma. Estos destellos, más brillantes que mil millones de soles pero que duran solo unos pocos milisegundos, han sido simplemente demasiado rápidos para captar ... hasta ahora.
Si adivinó que está involucrado un agujero negro, tiene al menos la mitad de razón. Las explosiones cortas de rayos gamma surgen de colisiones entre un agujero negro y una estrella de neutrones o entre dos estrellas de neutrones. En el primer escenario, el agujero negro traga la estrella de neutrones y se hace más grande. En el segundo escenario, las dos estrellas de neutrones crean un agujero negro.
Las explosiones de rayos gamma, las explosiones más potentes conocidas, se detectaron por primera vez a fines de la década de 1960. Son aleatorias, fugaces y pueden ocurrir desde cualquier región del cielo. Intente encontrar la ubicación del flash de una cámara en algún lugar de un gran estadio deportivo y tendrá una idea del desafío que enfrentan los cazadores de rayos gamma. Resolver este misterio requirió una coordinación sin precedentes entre los científicos utilizando una multitud de telescopios terrestres y satélites de la NASA.
Hace dos años, los científicos descubrieron que las explosiones más largas, que duran más de dos segundos, surgen de la explosión de estrellas muy masivas. Sin embargo, alrededor del 30 por ciento de las explosiones son cortas y de menos de dos segundos.
Se han detectado cuatro explosiones cortas de rayos gamma desde mayo. Dos de estos aparecen en cuatro artículos en la edición del 6 de octubre de Nature. Una explosión de julio proporciona la evidencia de la "pistola humeante" para apoyar la teoría de la colisión. Otro estallido va un paso más allá al proporcionar evidencia tentadora por primera vez de un agujero negro que se come una estrella de neutrones: primero estira la estrella de neutrones en una media luna, la traga y luego traga migajas de la estrella rota en los minutos y horas que seguido.
Estos descubrimientos también podrían ayudar en la detección directa de ondas gravitacionales, nunca antes vistas. Dichas fusiones crean ondas gravitacionales u ondas en el espacio-tiempo. Las explosiones cortas de rayos gamma podrían indicar a los científicos cuándo y dónde buscar las ondas.
"Las explosiones de rayos gamma en general son notoriamente difíciles de estudiar, pero las más cortas han sido casi imposibles de precisar", dijo el Dr. Neil Gehrels del Centro de Vuelo Espacial Goddard de la NASA en Greenbelt, Maryland, investigador principal del satélite Swift de la NASA. y autor principal en uno de los informes de Nature. “Todo eso ha cambiado. Ahora tenemos las herramientas para estudiar estos eventos ".
El satélite Swift detectó una breve explosión el 9 de mayo, y el Explorador de transitorios de alta energía de la NASA (HETE) detectó otro el 9 de julio. Estas son las dos explosiones que aparecen en Nature. Swift y HETE transmitieron rápida y autónomamente las coordenadas de la ráfaga a científicos y observatorios a través de teléfonos celulares, buscapersonas y correo electrónico.
El evento del 9 de mayo marcó la primera vez que los científicos identificaron un resplandor residual para una breve explosión de rayos gamma, algo comúnmente visto después de largas explosiones. Ese descubrimiento fue el tema de un comunicado de prensa de la NASA del 11 de mayo. Los nuevos resultados publicados en Nature representan análisis exhaustivos de estos dos resplandores posteriores que revelan el caso del origen de las explosiones cortas.
"Teníamos el presentimiento de que las explosiones cortas de rayos gamma provenían de una estrella de neutrones que se estrellaba contra un agujero negro u otra estrella de neutrones, pero estas nuevas detecciones no dejan dudas", dijo el Dr. Derek Fox de Penn State, autor principal de un informe de Nature. detallando una observación de múltiples longitudes de onda.
El equipo de Fox descubrió el resplandor de rayos X de la explosión del 9 de julio con el Observatorio de rayos X Chandra de la NASA. Un equipo dirigido por el profesor Jens Hjorth de la Universidad de Copenhague identificó el brillo óptico posterior utilizando el telescopio danés de 1,5 metros en el Observatorio La Silla en Chile. El equipo de Fox luego continuó sus estudios del resplandor con el telescopio espacial Hubble de la NASA; los telescopios du Pont y Swope en Las Campanas, Chile, financiados por la Carnegie Institution; el telescopio Subaru en Mauna Kea, Hawai, operado por el Observatorio Astronómico Nacional de Japón; y el Very Large Array, un tramo de 27 radiotelescopios cerca de Socorro, N.M., operado por el Observatorio Nacional de Radioastronomía.
La observación de longitud de onda múltiple de la explosión del 9 de julio, llamada GRB 050709, proporcionó todas las piezas del rompecabezas para resolver el misterio de la explosión corta.
"Potentes telescopios no detectaron supernovas cuando la explosión de rayos gamma se desvaneció, argumentando en contra de la explosión de una estrella masiva", dijo el Dr. George Ricker de MIT, investigador principal de HETE y coautor de otro artículo de Nature. "La explosión del 9 de julio fue como el perro que no ladró".
Ricker agregó que el estallido del 9 de julio y probablemente el estallido del 9 de mayo se encuentran en las afueras de sus galaxias anfitrionas, donde se espera que estén los viejos binarios fusionados. No se esperan explosiones cortas de rayos gamma en galaxias jóvenes que forman estrellas. Se necesitan miles de millones de años para que dos estrellas masivas, unidas en un sistema binario, evolucionen primero al agujero negro o la fase de la estrella de neutrones y luego se fusionen. La transición de una estrella a un agujero negro o estrella de neutrones implica una explosión (supernova) que puede patear el sistema binario lejos de su origen y hacia el borde de su galaxia anfitriona.
Esta explosión del 9 de julio y una posterior el 24 de julio mostraron señales únicas que apuntan a no solo cualquier fusión antigua sino, más específicamente, a un agujero negro: la fusión de la estrella de neutrones. Los científicos vieron picos de luz de rayos X después del estallido inicial de rayos gamma. La porción rápida de rayos gamma es probablemente una señal del agujero negro que traga la mayor parte de la estrella de neutrones. Las señales de rayos X, en los minutos a horas que siguieron, podrían ser migajas de material de estrellas de neutrones que caen en el agujero negro, un poco como el postre.
Y hay más. Las fusiones crean ondas gravitacionales, ondas en el espacio-tiempo predichas por Einstein pero nunca detectadas directamente. La explosión del 9 de julio estaba a unos dos mil millones de años luz de distancia. El Gran Observatorio de Ondas Gravitacionales con Interferómetro Láser (LIGO) de la National Science Foundation podría detectar una gran fusión más cercana a la Tierra. Si Swift detecta una breve explosión cercana, los científicos de LIGO podrían regresar y verificar los datos con una hora y ubicación precisas en mente.
"Estas son buenas noticias para LIGO", dijo el Dr. Albert Lazzarini, del Laboratorio LIGO en Caltech. “La conexión entre las explosiones cortas y las empresas de fusión eleva las tasas proyectadas para LIGO, y parecen estar en el extremo superior de las estimaciones anteriores. Además, las observaciones proporcionan indicios tentadores de un agujero negro: fusiones de estrellas de neutrones, que no se han detectado antes. Durante la observación de un año de LIGO podemos detectar ondas gravitacionales de tal evento ".
Un agujero negro: la fusión de estrellas de neutrones generaría ondas gravitacionales más fuertes que dos estrellas de neutrones fusionadas. La pregunta ahora es qué tan comunes y qué tan cercanas están estas fusiones. Swift, lanzado en noviembre de 2004, puede proporcionar esa respuesta.
Fuente original: Comunicado de prensa de la NASA
