Observan por primera vez la luz de la fusión de una estrella de neutrones
Gracias al Atacama Large Millimeter/submillimeter
Array (ALMA) por primera vez un equipo de investigación detectó luz en
longitudes de onda milimétricas proveniente de una fuerte explosión causada por
la fusión de una estrella de neutrones con otra estrella. El equipo confirmó
que se trata del destello de rayos gamma más energético y de menor duración
jamás observado, que además deja tras de sí una de las luminiscencias
residuales más luminosas de las que se tiene registro. Los resultados de esta
investigación se publicarán próximamente en The Astrophysical Journal Letters.
Los destellos de rayos gamma son las explosiones más
brillantes y energéticas del Universo, capaces de emitir en pocos segundos más
energía de la que habrá emitido nuestro Sol durante toda su existencia. GRB
211106A pertenece a una subclase de destellos conocidos como destellos de rayos
gamma de corta duración. Estas explosiones, a los que la comunidad científica
atribuye la creación de los elementos más pesados del Universo como el platino
y el oro, son el resultado de una fusión violenta entre sistemas estelares
binarios que contienen una estrella de neutrones. “Estas fusiones ocurren por
efecto de la radiación de ondas gravitacionales que despojan la órbita de las
estrellas binarias de su energía. De esa forma, las estrellas se acercan una a
la otra y terminan chocando”, explica Tanmoy Laskar, quien pronto se
desempeñará como profesor asistente de física y astronomía en la Universidad de
Utah. “A su vez, la explosión resultante emite chorros a velocidades cercanas a
la de la luz. Cuando uno de esos chorros se emite en dirección de la Tierra,
observamos una corta pulsación de radiación de rayos gamma, conocida como
destello de rayos gamma de corta duración”.
Estos destellos suelen durar unas décimas de
segundo. El equipo científico luego buscó indicios de luminiscencia residual,
un fenómeno causado por la interacción de los chorros con el gas circundante.
Los destellos de rayos gamma de corta duración son difíciles de detectar, y a
la fecha solo se han observado media docena de ellos en longitudes de onda de
radio, y no se había detectado ninguno en longitudes de onda milimétricas.
Tanmoy Laskar, quien dirigió la investigación mientras cursaba una beca
Excellence Fellow de la Universidad Radboud en Países Bajos, explica que la
dificultad estriba en la gran distancia que nos separa de los destellos de
rayos gamma y la capacidad tecnológica de los telescopios. “Aunque la
luminiscencia residual de los destellos de rayos gamma de corta duración es muy
brillante y energética, estos destellos se producen en galaxias muy distantes,
con lo cual la luz que emiten puede ser bastante tenue para nuestros
telescopios terrestres. Antes de ALMA, los telescopios milimétricos no eran lo
suficientemente sensibles para detectar la luminiscencia residual”.
Habiendo ocurrido cuando el Universo tenía solo el
40 por ciento de su edad actual, GRB 211106A no es una excepción. La luz que
emitió es tan tenue que, si bien el observatorio Neil Gehrels Swift de la NASA
había detectado la explosión en rayos X, la galaxia anfitriona era imposible de
detectar en esa longitud de onda, y la comunidad científica no logró determinar
exactamente de dónde provenía la explosión. “La luminiscencia residual es
fundamental para determinar de qué galaxia proviene un destello y para entender
mejor el fenómeno en sí. En un principio, cuando solo se habían realizado las
observaciones en rayos X, la comunidad científica creyó que este destello podía
provenir de una galaxia cercana”, señala Tanmoy Laskar, quien agrega que la
gran cantidad de polvo presente en el área también dificultó la detección del
objeto en las observaciones ópticas realizadas con el telescopio espacial
Hubble.
Con cada nueva longitud de onda usada, la comunidad
científica logró entender un poco mejor los destellos de rayos gamma, y las
observaciones en ondas milimétricas fueron particularmente importantes para
llegar al meollo del asunto. “Las observaciones revelaron un campo de galaxias
inmutable. La sensibilidad sin precedentes de ALMA nos permitió determinar con
mayor precisión la ubicación del destello de rayos gamma en ese campo, y
descubrimos que provenía de otra galaxia tenue que se encuentra más lejos. Eso
significa que este destello es aún más potente de lo que creíamos, y figura
entre los más luminosos y energéticos observados a la fecha”, afirma Tanmoy
Laskar.
Wen-fai Fong, profesora asistente de física y
astronomía de la Northwestern University, agrega: “Este destello de rayos gamma
de corta duración fue el primero que tratamos de observar con ALMA. La luminiscencia
residual de este tipo de destello es muy difícil de detectar, por lo que
observar este fenómeno tan brillante fue algo espectacular. Tras muchos años de
observación en busca de estos destellos, este sorprendente hallazgo inaugura
una nueva área de estudio al motivarnos a observar muchos más fenómenos de este
tipo con ALMA y otros telescopios en el futuro”.
Joe Pesce, Program Officer de la Fundación Nacional
de Ciencia de Estados Unidos para NRAO/ALMA, celebra: “Estas observaciones son
fantásticas en muchos sentidos, puesto que nos proporcionan información que nos
ayuda a entender los enigmáticos destellos de rayos gamma (y la astrofísica de
las estrellas de neutrones en general) y demuestran la importancia y
complementariedad de las observaciones en múltiples longitudes de onda
realizadas con telescopios terrestres y espaciales para entender los fenómenos
astrofísicos”.
Aún quedan muchas observaciones por realizar en
distintas longitudes de onda, tanto para nuevos destellos de rayos gamma como
en el caso de 211106A, y estas podrían traer nuevas sorpresas. “El estudio de
los destellos de rayos gamma de corta duración requiere una rápida coordinación
entre telescopios ubicados en distintas partes del mundo y en el espacio para
abarcar todas las longitudes de onda”, explica Edo Berger, profesor de
astronomía de la Universidad Harvard. “En el caso del destello de rayos gamma
211106A, usamos algunos de los telescopios más avanzados que existen: ALMA, el
Karl G. Jansky Very Large Array de la Fundación Nacional de Ciencia de Estados
Unidos, el Observatorio Chandra de Rayos X de la NASA y el telescopio espacial
Hubble. Con el telescopio espacial James Webb ahora en operación y los futuros
telescopios de radio y ópticos de 20-40 metros, como el Next Generation VLA
(ngVLA), podremos obtener un panorama completo de estos eventos cataclísmicos y
estudiarlos a distancias sin precedentes”.
Tanmoy Laskar agrega: “Con el telescopio James Webb
ahora podemos obtener todo el espectro de la galaxia anfitriona y calcular
fácilmente su distancia, y en el futuro también podríamos usarlo para captar
luminiscencias residuales infrarrojas y estudiar su composición química. Con el
ngVLA, podremos estudiar con un nivel de detalle sin precedentes la estructura
geométrica de las luminiscencias residuales y el combustible estelar presente
en su entorno. Estoy muy entusiasmado con los hallazgos que nos esperan en ese
campo”.
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