Luz adicional en uno de los fogonazos de rayos gamma más energéticos

Los destellos o fogonazos 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 de rayos gamma conocidos como destellos de rayos gamma de corta duración. Tales estallidos de rayos gamma se generan durante explosiones a las que la comunidad científica atribuye la creación de los elementos químicos más pesados del universo como el platino y el oro. Estas explosiones son el resultado de una fusión violenta entre miembros de 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, Estados Unidos. “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 hasta la fecha en longitudes de onda de radio solo se han observado media docena de ellos, 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 del ALMA, los telescopios milimétricos no eran lo suficientemente sensibles para detectar la luminiscencia residual”.

El ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array) es un observatorio internacional coadministrado por el Observatorio Radioastronómico Nacional (NRAO) de la Fundación Nacional de Ciencia de Estados Unidos.

El destello de rayos gamma 211106A, por la lejanía de la fuente que lo emitió, supone un desafío. La luz emitida 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 del 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 hasta la fecha”, afirma Tanmoy Laskar.

Por primera vez en la historia de la radioastronomía, se detectó luz en longitudes de onda milimétricas proveniente de un destello de rayos gamma de corta duración. En esta representación artística se aprecia la fusión de una estrella de neutrones con otra estrella (en forma de disco, abajo a la izquierda) que causó una explosión de la que emanó el destello de rayos gamma de corta duración GRB 211106A (chorro blanco en el centro) y que dejó una de las luminiscencias residuales más brillantes observadas hasta la fecha (onda de choque semiesférica en la zona centro-derecha). Mientras el polvo de la galaxia anfitriona oscureció la mayor parte de la luz visible (mostrada en colores), la luz milimétrica del fenómeno (representada en verde) pudo atravesarlo y llegar hasta el ALMA. De esa forma, la comunidad científica obtuvo una vista sin precedentes de la explosión cósmica. A partir de este estudio, se pudo confirmar que GRB 211106A es uno de los destellos de rayos gamma de corta duración más energéticos que se hayan observado. (Imagen: ALMA (ESO / NAOJ / NRAO), M. Weiss (NRAO / AUI / NSF). CC BY-SA)

Wen-fai Fong, profesora de física y astronomía de la Universidad del Noroeste en Estados Unidos, 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”.

Aún quedan muchas observaciones por realizar en distintas longitudes de onda, tanto para nuevos destellos de rayos gamma como en el caso de GRB 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 Estados Unidos. “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”.

El estudio se titula “The First Short GRB Millimeter Afterglow: The Wide-Angled Jet of the Extremely Energetic SGRB 211106A”. Y se ha publicado en la revista académica The Astrophysical Journal Letters. (Fuente: NRAO)