Los astrónomos han descubierto un estallido de rayos gamma brillante que cambia las teorías anteriores sobre cómo ocurren estos destellos cósmicos energéticos.

Durante décadas, los astrónomos pensaron que los GRB venían en dos sabores, largo y corto, lo que significa que duran más de dos segundos o se desvanecen más rápido. Cada tipo se ha asociado con diferentes eventos cósmicos. Pero hace aproximadamente un año, dos telescopios espaciales de la NASA capturaron un GRB corto disfrazado de un GRB largo: duró mucho pero provino de una fuente de GRB corto.

«Teníamos esta visión en blanco y negro del universo», dice la astrofísica Eleonora Troja de la Universidad Tor Vergata de Roma. “Esa es la bandera roja que nos dice que no, no es eso. ¡Sorpresa!»

Este estallido, denominado GRB 211211A, es el primero en romper claramente el binario, informan Troy y otros el 7 de diciembre en cinco periódicos. Naturaleza y astronomía natural.

Antes de descubrir este estallido, la mayoría de los astrónomos pensaban que solo había dos formas de crear un GRB. El colapso de una estrella masiva justo antes de que explote en una supernova podría desencadenar un largo estallido de rayos gamma que duraría más de dos segundos (Número de serie: 28/10/22). O dos cuerpos estelares densos llamados estrellas de neutrones podrían chocar, fusionándose y formando un nuevo agujero negro que libera un breve estallido de rayos gamma que dura dos segundos o menos.

Pero había habido algunos valores atípicos. Un GRB sorprendentemente corto en 2020 pareció ser el resultado de la implosión de una estrella masiva (Número de serie: 8/2/21). Y algunos GRB a largo plazo de 2006 carecieron posteriormente de una supernova, lo que generó dudas sobre su origen.

«Siempre supimos que había una superposición», dice la astrofísica Chryssa Kouveliotou de la Universidad George Washington en Washington, DC, autora del artículo de 1993 que presenta las dos categorías de GRB pero que no participó en el nuevo trabajo. «Hubo algunos valores atípicos que no pudimos interpretar».

No existe tal misterio con GRB 211211A: el estallido duró más de 50 segundos y estuvo claramente acompañado por una kilonova, el brillo característico de los nuevos elementos forjados después de la ruptura de una estrella de neutrones.

Esto muestra el brillo de una kilonova que siguió al extraño estallido de rayos gamma llamado GRB 211211A en imágenes del Telescopio Gemini Norte y el Telescopio Espacial Hubble.
Esto muestra el brillo de una kilonova que siguió al extraño estallido de rayos gamma llamado GRB 211211A en imágenes del Telescopio Gemini Norte y el Telescopio Espacial Hubble.M. Zamani/Observatorio Internacional Gemini/NOIRLab/NSF/AURA, NASA, ESA

«Aunque sospechábamos que los GRB con emisión extendida podrían ser fusiones… esta es la primera confirmación», dice el astrofísico Benjamin Gompertz de la Universidad de Birmingham en Inglaterra, al describir las observaciones de la inmersión. astronomía natural. «Tiene el Kilonova, ese es el potro que golpea».

Los telescopios espaciales Swift y Fermi de la NASA detectaron la explosión el 11 de diciembre de 2021 en una galaxia a unos 1.100 millones de años luz de distancia. «Pensamos que era un estallido de rayos gamma ordinario y largo», dice el astrofísico Wen-fai Fong de la Universidad Northwestern en Evanston, Illinois.

Estaba relativamente cerca en lo que respecta a los GRB. Eso permitió a los grupos de investigación de Fong y Troy observar de forma independiente la erupción en detalle utilizando telescopios terrestres, informan los equipos. Naturaleza.

A medida que pasaban las semanas y no aparecía ninguna supernova, los investigadores se confundieron. Sus observaciones mostraron que lo que sea que hizo que el GRB también emitiera mucha más luz óptica e infrarroja de lo que es típico para la fuente de un GRB largo.

Después de descartar otras explicaciones, Troy y sus colegas compararon las consecuencias de la erupción con la primera kilonova observada en conjunto con ondas en el espacio-tiempo llamadas ondas gravitacionales (Número de serie: 16/10/17). El partido fue casi perfecto. «Mucha gente estaba convencida de que estábamos hablando de una kilonova», dice ella.

En retrospectiva, parece obvio que fue una kilonova, dice Troy. Pero en este momento se sentía tan imposible, como ver un león en el ártico. «Parece un león, ruge como un león, pero no debería estar aquí, así que no puede estar», dice. «Eso es exactamente lo que sentimos».

Ahora la pregunta es ¿qué pasó? Por lo general, las estrellas de neutrones que se fusionan colapsan en un agujero negro casi de inmediato. Los rayos gamma provienen del material que se sobrecalienta al caer en el agujero negro, pero el material es escaso y el agujero negro lo devora en dos segundos. Entonces, ¿cómo mantuvo GRB 211211A su luz durante casi un minuto?

Es posible que las estrellas de neutrones se fusionaran primero en una sola estrella de neutrones más grande que soportó brevemente la presión de colapsar en un agujero negro. Eso tiene implicaciones para la física básica que describe lo difícil que es aplastar neutrones en un agujero negro, dice Gompertz.

Otra posibilidad es que una estrella de neutrones chocara con un pequeño agujero negro de unas cinco veces la masa del Sol en lugar de otra estrella de neutrones. Y el proceso de comerse la estrella de neutrones por el agujero negro tomó más tiempo.

O podría haber sido algo completamente diferente: una estrella de neutrones fusionándose con una enana blanca, sugieren el astrofísico Bing Zhang de la Universidad de Nevada en Las Vegas y sus colegas. Naturaleza. “Proponemos un tercer tipo de ancestro, algo muy diferente a los dos tipos anteriores”, dice.

Las enanas blancas son los restos de estrellas más pequeñas como el Sol y no son tan densas ni compactas como las estrellas de neutrones. Una colisión entre una enana blanca y una estrella de neutrones aún podría producir una kilonova si la enana blanca es muy pesada.

El objeto resultante podría ser una estrella de neutrones altamente magnetizada llamada Magnetar (Número de serie: 01/12/20). El magnetar puede haber continuado bombeando energía en rayos gamma y otras longitudes de onda de luz para extender la vida útil del estallido, dice Zhang.

Independientemente de su origen, GRB 211211A es un gran problema para la física. «Es importante porque queríamos entender qué diablos son estos eventos», dice Kouveliotou.

Descubrir qué lo causó podría arrojar luz sobre cómo se forman los elementos pesados ​​en el universo. Y algunos GRB largos vistos anteriormente que los científicos pensaron que eran de supernovas en realidad pueden ser de fusiones.

Para obtener más información, los científicos necesitan encontrar más de estos GRB binarios destructivos, junto con observaciones simultáneas de ondas gravitacionales. Trejo cree que pueden lograrlo cuando el Observatorio de ondas gravitacionales con interferómetro láser, o LIGO para abreviar, vuelva a estar en línea en 2023.

«Espero que LIGO proporcione pruebas», dice Kouveliotou. «La naturaleza podría ser elegante y darnos algunos de estos eventos con contrapartes de ondas gravitacionales, y tal vez [help us] entender lo que está pasando».

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