Estallido de rayos gamma conocido como GRB 221009A

El estallido de rayos gamma más brillante conocido

Las observaciones realizadas por el telescopio de rayos X NuSTAR de la NASA brindan a los astrónomos nuevas pistas sobre el estallido de rayos gamma más brillante y energético jamás detectado.

Cuando los científicos detectaron el estallido de rayos gamma conocido como GRB 221009A el 9 de octubre de 2022, lo llamaron el más brillante de todos los tiempos, o BOAT (Brightest Of All Times).

La mayoría de los estallidos de rayos gamma ocurren cuando el núcleo de una estrella más masiva que nuestro Sol colapsa y se convierte en un agujero negro. Estos eventos liberan regularmente tanta energía en unos pocos minutos como la que liberará nuestro Sol en toda su vida.

Los estudios de seguimiento mostraron que GRB 221009A era 70 veces más brillante y mucho más energético que el anterior poseedor del récord. Si bien los científicos aún no entienden por qué, han conseguido una pista tentadora del observatorio NuSTAR (Nuclear Spectroscopic Telescope Array) de la NASA.

En un estudio publicado el 7 de junio en la revista Science Advances, los científicos usaron las observaciones de NuSTAR del evento para mostrar cómo la estrella que colapsaba expulsó un chorro de material que tenía una forma que no se había observado previamente en otros chorros de rayos gamma, así como otras características únicas.

Es posible que el origen de estas particularidades esté en la estrella progenitora, cuyas propiedades físicas podrían influir en las características del estallido. También es posible que un mecanismo completamente diferente lance los chorros más brillantes al espacio.

Un chorro colosal

Un estallido de rayos gamma, el tipo de explosión más enérgico del universo, se puede detectar a miles de millones de años luz de distancia. GRB 221009A era tan luminoso que cegó a la mayoría de los instrumentos de rayos gamma en el espacio cuando se detectó el 9 de octubre de 2022.

BOAT, el estallido de rayos gamma más brillante de todos los tiempos
BOAT, el estallido de rayos gamma más brillante de todos los tiempos

«Este evento fue mucho más brillante y más enérgico que cualquier explosión de rayos gamma que hayamos visto antes», dijo Brendan O’Connor, autor principal del nuevo estudio y astrónomo de la Universidad George Washington en Washington.

“Luego, cuando analizamos los datos de NuSTAR, nos dimos cuenta de que el chorro tiene también una estructura única. Y esto fue realmente emocionante, porque no tenemos forma de estudiar la estrella que produjo este evento; Se ha ido para siempre. Pero ahora tenemos algunos datos que nos dan pistas sobre cómo explotó”.

Los rayos gamma son la forma de luz más energética del Universo, pero invisibles para el ojo humano. Todos los estallidos de rayos gamma conocidos se han originado en galaxias fuera de nuestra Vía Láctea, pero son lo suficientemente brillantes como para detectarse a miles de millones de años luz de distancia.

Algunos parpadean y duran menos de dos segundos, mientras que los llamados estallidos largos de rayos gamma suelen irradiar rayos gamma durante un minuto o más. Estos objetos pueden irradiar también en otras longitudes de onda durante semanas.

Un chorro muy particular

Los científicos estadounidenses pudieron reconstruir el estallido largo de rayos gamma GRB 221009A con datos del telescopio espacial de rayos gamma Fermi de la NASA para determinar su brillo real.

Al igual que otros estallidos de rayos gamma, GRB 221009A produjo un chorro debido al colapso gravitatorio de la estrella, como si hubiera sido disparado al espacio desde una manguera contra incendios, con rayos gamma irradiando del gas caliente y las partículas del núcleo del chorro.

Pero el chorro de GRB 221009A destacó por varias razones:

Menos compacto

En casi todos los estallidos de rayos gamma observados anteriormente, el chorro permaneció notablemente compacto y hubo poca o ninguna luz o material perdido fuera del estrecho haz. (De hecho, los estallidos de rayos gamma son tan compactos que los rayos gamma solo se pueden observar cuando sus chorros apuntan casi directamente a la Tierra).

Por el contrario, en GRB 221009A, el chorro tenía un núcleo estrecho con lados inclinados más anchos. Algunos de los chorros de rayos gamma más energéticos han mostrado propiedades similares, pero el chorro del BOAT era único en un aspecto importante.

Energía variable

La energía del material en GRB 221009A también variaba, lo que significa que en lugar de que todo el material del chorro tuviera la misma energía, como una sola bala disparada por un arma, la energía del material cambió con la distancia desde el núcleo del chorro. Esto nunca antes se había observado en un chorro de estallido largo de rayos gamma.

La única manera de producir una estructura de chorro diferente y variar su energía, es variar alguna propiedad de la estrella que explotó, como su tamaño, masa, densidad o campo magnético”, dijo Eleonora Troja, profesora de física en la Universidad de Rome, quien dirigió a NuSTAR las observaciones del evento.

“Esto se debe a que el chorro básicamente tiene que forzar su salida de la estrella, por lo que la cantidad de resistencia que va encontrando en su salida al espacio podría influir potencialmente en las características del chorro”.

Reduciendo posibilidades con NuSTAR

Los astrónomos pueden ver la luz de los chorros de rayos gamma, pero a esas distancias tan lejanas no pueden resolverse las imágenes de los chorros directamente.

Los investigadores tienen que interpretar la luz de estos eventos para conocer las características físicas de los objetos lejanos. Es como estudiar huellas en la nieve e inferir algo sobre los rasgos físicos de la persona que las dejó.

En muchos casos, puede haber más de una explicación posible para la luz de un evento cósmico. Más de un telescopio de rayos X observó GRB 221009A, incluido el Observatorio Neil Gehrels Swift de la NASA y el Explorador de composición interior de estrellas de neutrones (NICER), así como el telescopio XMM-Newton de la ESA.

NASA NuSTAR
NuSTAR de la NASA en órbita. Interpretación artística.

Los datos de NuSTAR ayudaron a reducir esas posibilidades, mostrando que cuando el chorro viajó al espacio, chocó con el medio interestelar, o el escaso mar de átomos y partículas que llena el espacio entre las estrellas. Esta colisión creó rayos X, partículas de luz ligeramente menos energéticas que los rayos gamma.

Hay múltiples telescopios de rayos X operando en el espacio, cada uno con diferentes fortalezas que pueden ayudar a los astrónomos a comprender mejor estos objetos cósmicos”, dijo Daniel Stern, científico del proyecto NuSTAR en el Laboratorio de Propulsión a Chorro de la NASA en el sur de California.

NuSTAR, visión en rayos X

La misión NuSTAR (Nuclear Spectroscopic Telescope Array) fue lanzada con éxito el 13 de junio de 2012, desplegando en órbita los primeros telescopios para enfocar la luz en la región de rayos X de alta energía (3 – 79 keV) del espectro electromagnético.

Visión en rayos x: NuSTAR y otros
Visión en rayos x: NuSTAR y otros

La visión del universo en esta ventana espectral se ha visto limitada porque los telescopios en órbita anteriores no han empleado una óptica de enfoque real, sino que han utilizado aperturas codificadas que tienen fondos intrínsecamente altos y una sensibilidad limitada.

Durante una fase de misión primaria de dos años, NuSTAR cartografió regiones seleccionadas del cielo para:

  • Realizar un censo de estrellas en colapso y agujeros negros de diferentes tamaños, inspeccionando las regiones que rodean el centro de la Vía Láctea y realizando observaciones profundas del cielo extragaláctico.
  • Mapear material sintetizado recientemente en restos de supernovas jóvenes para comprender cómo explotan las estrellas y cómo se crean los elementos.
  • Comprender qué alimenta los chorros relativistas de partículas de las galaxias activas más extremas que albergan agujeros negros supermasivos.

El instrumento NuSTAR consta de dos telescopios de incidencia rasante coalineados con revestimientos ópticos especiales y detectores de nuevo desarrollo que amplían la sensibilidad a energías más altas en comparación con misiones anteriores como Chandra y XMM.

Después de ponerse en órbita en un pequeño cohete, el telescopio NuSTAR se extendió para lograr una distancia focal de 10 metros. El observatorio proporciona una combinación de sensibilidad y factores de resolución espacial y espectral de 10 a 100, mejorados con respecto a misiones anteriores que han operado con energías de rayos X.

Fuente: Brightest Cosmic Explosion Ever Detected Had Other Unique Features

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