Detectan un potente estallido de rayos gamma que podría ser una forma nunca vista de destruir una estrella

Los astrónomos que estudian un potente estallido de rayos gamma (GRB) con el telescopio Gemini Sur, operado por el NOIRLab de la National Science Foundation (NSF) de Estados Unidos, pueden haber detectado una forma nunca vista de destruir una estrella, según publican en la revista 'Nature Astronomy'.

A diferencia de la mayoría de los GRB, causados por la explosión de estrellas masivas o la fusión fortuita de estrellas de neutrones, los astrónomos han llegado a la conclusión de que este GRB se produjo por la colisión de estrellas o restos estelares en el entorno abarrotado que rodea a un agujero negro supermasivo en el núcleo de una antigua galaxia.

La mayoría de las estrellas del Universo mueren de forma predecible, dependiendo de su masa. Las estrellas de masa relativamente baja, como nuestro Sol, se desprenden de sus capas externas al envejecer y acaban desvaneciéndose hasta convertirse en enanas blancas.

Las estrellas más masivas arden con más intensidad y mueren antes en explosiones cataclísmicas de supernova, creando objetos ultradensos como estrellas de neutrones y agujeros negros. Si dos de estos restos estelares forman un sistema binario, también pueden acabar colisionando. Sin embargo, una nueva investigación apunta a una cuarta opción, largamente hipotetizada pero nunca antes vista.

Durante la búsqueda de los orígenes de un estallido de rayos gamma (GRB) de larga duración, los astrónomos que utilizan el telescopio Gemini Sur en Chile, parte del Observatorio Internacional Gemini operado por el NOIRLab de la NSF, y otros telescopios, han descubierto pruebas de una colisión de estrellas o restos estelares similar a una demolición en la caótica y densa región cercana al agujero negro supermasivo de una antigua galaxia.

Según Andrew Levan, astrónomo de la Universidad de Radboud (Países Bajos) y autor principal, "estos nuevos resultados demuestran que las estrellas pueden encontrar su fin en algunas de las regiones más densas del Universo, donde pueden verse empujadas a colisionar. Esto es apasionante para entender cómo mueren las estrellas y para responder a otras preguntas, como qué fuentes inesperadas podrían crear ondas gravitacionales que pudiéramos detectar en la Tierra", añade.

Las galaxias antiguas hace tiempo que dejaron atrás su etapa de formación estelar y tendrían pocas estrellas gigantes, si es que queda alguna, que son la fuente principal de los GRB largos. Sin embargo, sus núcleos están repletos de estrellas y de restos estelares ultradensos, como enanas blancas, estrellas de neutrones y agujeros negros.

Los astrónomos sospechaban desde hace tiempo que en la turbulenta colmena de actividad que rodea a un agujero negro supermasivo, sólo sería cuestión de tiempo que dos objetos estelares colisionaran para producir un GRB. Sin embargo, las pruebas de este tipo de fusión han sido esquivas.

Los primeros indicios de que tal evento había ocurrido se observaron el 19 de octubre de 2019, cuando el Observatorio Neil Gehrels Swift de la NASA detectó un brillante destello de rayos gamma que duró poco más de un minuto. Cualquier GRB que dure más de dos segundos se considera "largo". Tales estallidos provienen típicamente de la muerte por supernova de estrellas de al menos 10 veces la masa de nuestro Sol - pero no siempre.

A continuación, los investigadores utilizaron Gemini Sur para realizar observaciones a largo plazo del resplandor del GRB para conocer mejor sus orígenes. Las observaciones permitieron a los astrónomos localizar el GRB en una región a menos de 100 años-luz del núcleo de una antigua galaxia, lo que lo situaba muy cerca del agujero negro supermasivo de la galaxia. Los investigadores tampoco hallaron indicios de una supernova correspondiente, que dejaría su huella en la luz estudiada por Gemini Sur

"Nuestra observación de seguimiento nos indicó que, en lugar de tratarse del colapso de una estrella masiva, lo más probable es que el estallido se debiera a la fusión de dos objetos compactos --explica Levan--. Al determinar su ubicación en el centro de una galaxia antigua previamente identificada, obtuvimos la primera prueba tentadora de una nueva vía de desaparición de las estrellas".

En entornos galácticos normales, se cree que la producción de GRB largos a partir de restos estelares en colisión, como estrellas de neutrones y agujeros negros, es extremadamente rara. Sin embargo, los núcleos de las galaxias antiguas son cualquier cosa menos normales y puede haber un millón o más de estrellas hacinadas en una región de tan sólo unos pocos años luz de diámetro.

Esta densidad de población extrema puede ser lo suficientemente grande como para que se produzcan colisiones estelares ocasionales, especialmente bajo la titánica influencia gravitatoria de un agujero negro supermasivo, que perturbaría el movimiento de las estrellas y las lanzaría en direcciones aleatorias. Al final, estas estrellas se cruzarían y fusionarían, desencadenando una explosión titánica que podría observarse desde grandes distancias cósmicas.

Es posible que este tipo de sucesos se produzcan de forma rutinaria en regiones del Universo igualmente abarrotadas, pero que hayan pasado desapercibidos hasta ahora. Una posible razón es que los centros galácticos están repletos de polvo y gas, lo que podría ocultar tanto el destello inicial del GRB como el resplandor posterior resultante. Este GRB en particular, identificado como GRB 191019A, puede ser una rara excepción que permita a los astrónomos detectar el estallido y estudiar sus efectos posteriores.

A los investigadores les gustaría descubrir más fenómenos de este tipo. Su esperanza es emparejar la detección de un GRB con la correspondiente detección de ondas gravitacionales, lo que revelaría más sobre su verdadera naturaleza y confirmaría sus orígenes, incluso en los entornos más turbios. El Observatorio Vera C. Rubin, cuando entre en funcionamiento en 2025, será de un valor incalculable para este tipo de investigación.

"El estudio de estallidos de rayos gamma como éste es un magnífico ejemplo de cómo el campo avanza gracias al trabajo conjunto de muchas instalaciones, desde la detección del GRB hasta los descubrimientos de los resplandores y las distancias con telescopios como Gemini, pasando por la disección detallada de los sucesos con observaciones en todo el espectro electromagnético", afirma Levan.

"Estas observaciones se suman al rico patrimonio de Gemini en el desarrollo de nuestra comprensión de la evolución estelar --destaca Martin Still, director del programa NSF para el Observatorio Internacional Gemini--. Las observaciones sensibles al tiempo son un testimonio de las ágiles operaciones de Gemini y de su sensibilidad a eventos distantes y dinámicos en todo el Universo".

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