En 1967, los científicos de la NASA notaron algo que nunca habían visto antes proveniente del espacio profundo. En lo que se conoce como el "Incidente Vela", múltiples satélites registraron una Explosión de Rayos Gamma (GRB) que fue tan brillante que brevemente eclipsó a toda la galaxia. Dado su increíble poder y la naturaleza de corta duración, los astrónomos han estado ansiosos por determinar cómo y por qué tienen lugar estas explosiones.
Décadas de observación han llevado a la conclusión de que estas explosiones ocurren cuando una estrella masiva se convierte en supernova, pero los astrónomos aún no estaban seguros de por qué sucedió en algunos casos y no en otros. Gracias a una nueva investigación realizada por un equipo de la Universidad de Warwick, parece que la clave para producir GRB radica en los sistemas estelares binarios, es decir, una estrella necesita un compañero para producir la explosión más brillante del Universo.
El equipo de investigación responsable del descubrimiento fue dirigido por Ashley Chrimes, una doctora. estudiante del Departamento de Física de la Universidad de Warwick. En aras de su estudio, el equipo abordó el misterio central sobre los GRB de larga duración, que es cómo las estrellas se pueden girar lo suficientemente rápido como para generar el tipo de explosiones que se han observado.
Para decirlo de manera sucinta, los GRB ocurren cuando las estrellas masivas (aproximadamente diez veces el tamaño de nuestro Sol) se convierten en supernova y colapsan en una estrella de neutrones o un agujero negro. En el proceso, las capas externas de la estrella se expulsan y el material expulsado se aplana en un disco alrededor del remanente recién formado para conservar el momento angular. A medida que este material cae hacia adentro, este impulso lo lanza en forma de chorros que emanan de los polos.
Estos se conocen como "chorros relativistas" debido a la forma en que el material en ellos se acelera para cerrar la velocidad de la luz. Si bien los GRB son los eventos más brillantes del Universo, solo son observables desde la Tierra cuando uno de sus ejes polares apunta directamente a nosotros, lo que significa que los astrónomos solo pueden ver alrededor del 10-20% de ellos. También son muy breves a medida que avanzan los fenómenos astronómicos, y duran desde una fracción de segundo hasta varios minutos.
Además, una estrella tiene que girar extremadamente rápido para lanzar material a lo largo de sus ejes polares a una velocidad cercana a la de la luz. Esto representa un enigma para los astrónomos ya que las estrellas generalmente pierden cualquier giro que adquieren muy rápidamente. Para abordar estas preguntas no resueltas, el equipo confió en una colección de modelos de evolución estelar para examinar el comportamiento de las estrellas masivas a medida que colapsan.
Estos modelos fueron creados por el Dr. Jan J. Eldridge de la Universidad de Auckland, Nueva Zelanda, con la asistencia de investigadores de la Universidad de Warwick. En combinación con una técnica conocida como síntesis de población binaria, los científicos simularon una población de miles de sistemas estelares para identificar el mecanismo por el cual pueden ocurrir las raras explosiones que producen GRB.
A partir de esto, los investigadores pudieron limitar los factores que causan la formación de chorros relativistas a partir de algunas estrellas que colapsan. Lo que encontraron fue que los efectos de las mareas, similares a los que ocurren entre la Tierra y la Luna, fueron la única explicación probable. En otras palabras, los GRB de larga duración ocurren en sistemas estelares binarios donde las estrellas están unidas en su giro, creando un poderoso efecto de marea que acelera su rotación.
Como explicó Chrimes en un reciente comunicado de prensa de Warwick:
"Estamos prediciendo qué tipo de estrellas o sistemas producen explosiones de rayos gamma, que son las mayores explosiones en el Universo. Hasta ahora no estaba claro qué tipo de estrellas o sistemas binarios necesita para producir ese resultado.
“La pregunta ha sido cómo una estrella comienza a girar o mantiene su giro con el tiempo. Descubrimos que el efecto de las mareas de una estrella en su pareja les impide frenar y, en algunos casos, las está acelerando. Están robando energía rotacional de su compañero, una consecuencia de lo cual es que luego se alejan más.
“Lo que hemos determinado es que la mayoría de las estrellas giran rápido precisamente porque están en un sistema binario ".
Como señaló la Dra. Elizabeth Stanway, investigadora del Departamento de Física de la Universidad de Warwick y coautora del estudio, la evolución binaria no es nueva para los astrónomos. Sin embargo, los tipos de cálculos realizados por Chrimes y sus colegas nunca antes se habían realizado debido a los complicados cálculos involucrados. Por lo tanto, este estudio es el primero en considerar los mecanismos físicos que funcionan dentro de los modelos binarios.
"También ha habido un gran dilema sobre la metalicidad de las estrellas que producen explosiones de rayos gamma", dijo. “Como astrónomos, medimos la composición de las estrellas y la ruta dominante para las explosiones de rayos gamma requiere muy pocos átomos de hierro u otros elementos pesados en la atmósfera estelar. Ha habido un enigma sobre por qué vemos una variedad de composiciones en las estrellas que producen explosiones de rayos gamma, y este modelo ofrece una explicación ".
Gracias a este último estudio y al modelo resultante que proporciona sobre la evolución binaria, los astrónomos podrán predecir cómo deberían ser las estrellas productoras de GRB en términos de temperatura, luminosidad y las propiedades de su estrella compañera. Mirando hacia el futuro, Chimes y sus colegas esperan explorar y modelar fenómenos transitorios que siguen siendo un misterio para los astrónomos.
Estos incluyen ráfagas de radio rápidas (FRB) y sus causas (especialmente la variedad repetitiva) o incluso eventos más raros como la transformación de estrellas en agujeros negros. El estudio que describe su hallazgo apareció en la edición de enero del Avisos mensuales de la Royal Astronomical Society y fue financiado por el Consejo de Instalaciones de Ciencia y Tecnología de UK Research and Innovation.
