Inusual estallido de rayos gamma generado por una estrella en fase de supernova

Los estallidos de rayos gamma (GRB, por sus siglas en inglés) son las explosiones más luminosas del universo. En ellas se emiten ráfagas de rayos gamma, la más poderosa forma de luz, pero también rayos X, y además generan lo que se conoce como brillo remanente, una fugaz luminosidad que puede ser observada en las longitudes de onda de la luz visible, el infrarrojo y las ondas de radio, antes de desvanecerse. En promedio, el satélite astronómico Swift de la NASA, el Telescopio Espacial Fermi de rayos gamma, también de la NASA, y otras naves espaciales con instrumental adecuado, detectan aproximadamente un estallido de rayos gamma al día.

Los astrónomos han observado miles de GRBs durante las pasadas cinco décadas. Hasta hace poco, se clasificaban en dos grupos, cortos y largos, en función de la duración de la señal de rayos gamma. Los estallidos cortos, con una duración de sólo dos segundos o menos, se cree representan la fusión de objetos compactos en un sistema binario, siendo los sospechosos más probables estrellas de neutrones y agujeros negros. Los GRBs largos pueden durar entre varios segundos y varios minutos, siendo su duración habitual de entre 20 y 50 segundos. Estos sucesos se cree están asociados con el desplome sobre sí misma de una estrella con una masa muchas veces superior a la del Sol, y el consecuente nacimiento de un nuevo agujero negro.

El estallido de rayos gamma detectado el 25 de septiembre de 2013, y catalogado con el nombre de GRB 130925A, produjo, en cambio, rayos gamma durante 1,9 horas, más de 100 veces la duración de un GRB largo típico. Las observaciones con el Swift revelaron un brillo remanente de rayos X intenso y muy variable, que exhibió fuertes erupciones durante 6 horas, después de las cuales empezó finalmente el lento desvanecimiento visto en los GRBs largos convencionales.

El estallido fue finalmente localizado en una galaxia a 3.900 millones de años-luz de distancia.

En esta ilustración artística del GRB 130925A, una envoltura de gas caliente emisor de rayos X (rojo) rodea un chorro de partículas (blanco) surgiendo a través de la superficie de la estrella a casi la velocidad de la luz. La fuente podría ser una supergigante azul pobre en metales. (Imagen: NASA / Swift / A. Simonnet, Sonoma State Univ.)

GRB 130925A es miembro de una rara y recién reconocida clase de estallidos de rayos gamma, tal como ha corroborado el equipo de Luigi Piro, del Instituto Nacional italiano de Astrofísica (INAF), y Eleonora Troja, científica invitada en el Centro Goddard de Vuelos Espaciales de la NASA, en Greenbelt, Maryland, Estados Unidos.

El rasgo más destacado de GRB 130925A es el brillo remanente en rayos X que ostentó, y que constituye uno de los indicios más sólidos de que los GRBs ultralargos provienen de estrellas denominadas supergigantes azules.

Los astrónomos piensan que las estrellas de Wolf-Rayet son las que mejor encajan con el origen de los GRBs largos. Nacidas con una masa más de 25 veces superior a la del Sol, dichas estrellas adquieren una temperatura tan alta que expulsan sus envoltorios de hidrógeno a través del flujo de salida conocido como viento estelar. Cuando llega el momento en que la estrella se derrumba sobre sí misma, la atmósfera exterior de la estrella prácticamente se ha ido y su tamaño físico es comparable con el del Sol. Se forma un agujero negro en su núcleo y la materia que cae hacia él alimenta los chorros que atraviesan la estrella. Los chorros continúan funcionando durante unas pocas decenas de segundos, la escala de tiempo de los GRBs largos.

Una estrella supergigante azul, ilustrada aquí, podría ser la fuente más probable de estallidos de rayos gamma ultralargos, como GRB 130925A, que duró horas en vez de segundos. Estas estrellas contienen unas 20 veces la masa del Sol y pueden alcanzar tamaños lo bastante grandes como para abarcar la órbita de Júpiter si ocuparan el lugar de nuestro Sol. (Imagen: Centro Goddard de Vuelos Espaciales de la NASA / S. Wiessinger)

Dado que los GRBs ultralargos pueden durar cientos de veces más, la estrella originaria debe tener un tamaño físico consecuentemente más grande. El candidato más probable, según creen los astrónomos, es una supergigante azul, una estrella muy caliente con unas 20 veces la masa del Sol y que retiene su profunda atmósfera de hidrógeno, lo que la convierte en 100 veces mayor que el diámetro solar. Otro factor clave es que las supergigantes azules que contienen sólo una muy pequeña fracción de elementos más pesados que el helio (metales, en lenguaje astronómico), podrían ser sustancialmente más grandes. El contenido de metales de una estrella controla la potencia de su viento estelar, y esto a su vez determina cuánta de su atmósfera de hidrógeno retendrá antes de estallar en forma de supernova. Para las supergigantes azules más grandes, el envoltorio de hidrógeno tardará horas en caer en el agujero negro, proporcionando una fuente sostenida de combustible para energizar los GRBs ultralargos.

Información adicional