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Una supernova provocó el estallido
de rayos gamma más brillante de todos los tiempos
En octubre de 2022, varios detectores espaciales encontraron un
potente estallido de rayos gamma. Fue tan energético que los
astrónomos lo apodaron BOAT (Brightest Of All Times, o el más
brillante de todos los tiempos). Ahora han confirmado que el GRB
provino de una supernova, según un nuevo artículo publicado en la
revista Nature Astronomy. Sin embargo, no encontraron evidencia de
elementos pesados, como el platino y el oro, que cabría esperar de
una explosión de supernova, lo que guarda relación con la cuestión
de larga data sobre el origen de tales elementos en el universo.
¿Qué son los estallidos de rayos gamma?
Los estallidos de rayos gamma son explosiones de energía
extremadamente alta, en galaxias distantes, que duran entre apenas
milisegundos y varias horas. Hay dos clases de estallidos de rayos
gamma. La mayoría, el 70% son ráfagas largas que duran más de dos
segundos, a menudo con un resplandor brillante. Suelen estar
vinculados a galaxias con rápida formación estelar. Los astrónomos
creen que las explosiones prolongadas están relacionadas con la
muerte de estrellas masivas que colapsan para formar una estrella de
neutrones o un agujero negro (o, alternativamente, un magnetar). El
pequeño agujero negro produciría chorros de partículas altamente
energéticas que se moverían cerca de la velocidad de la luz, lo
suficientemente potentes como para atravesar los restos de la
estrella progenitora, emitiendo rayos X y rayos gamma.
Esos estallidos de rayos gamma que duran menos de dos segundos
(alrededor del
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30%)
se consideran estallidos cortos y generalmente se emiten desde regiones con muy
poca formación estelar. Los astrónomos creen que estos estallidos de rayos gamma
son el resultado de fusiones entre dos estrellas de neutrones, o de una estrella
de neutrones que se fusiona con un agujero negro, formando una "kilonova". Esa
hipótesis se confirmó en 2017 cuando la colaboración LIGO captó la señal de
ondas gravitacionales de dos estrellas de neutrones fusionándose, acompañadas de
potentes estallidos de rayos gamma asociados con una kilonova.
El estallido de rayos gamma de octubre de 2022 entra en la categoría larga y
dura más de 300 segundos. GRB 221009A activó detectores a bordo del Telescopio
Espacial Fermi de Rayos Gamma de la NASA, el Observatorio Neil Gehrels Swift y
la nave espacial Wind, entre otros, justo cuando los astrónomos de rayos gamma
se habían juntado para una reunión anual en Johannesburgo, Sudáfrica. La
poderosa señal provino de la constelación de Sagita y viajó unos 1,900 millones
de años hasta la Tierra.
El año pasado se publicaron varios artículos que informaban sobre los resultados
analíticos de todos los datos de observación. Esos hallazgos confirmaron que GRB
221009A era de hecho el más brillante de todos los tiempos, y parecía
especialmente brillante porque su estrecho chorro apuntaba directamente a la
Tierra. Pero los diversos análisis también arrojaron varios resultados
sorprendentes que desconcertaron a los astrónomos. Lo más notable es que una
supernova debería haber ocurrido unas semanas después del estallido inicial,
pero los astrónomos no detectaron ninguna, tal vez porque era muy débil y
gruesas nubes de polvo en esa parte del cielo estaban atenuando la luz entrante.
Es por eso que Peter Blanchard de la Universidad Northwestern y sus compañeros
coautores decidieron esperar seis meses antes de realizar su propio análisis,
con base en los datos recopilados durante la última fase del GRB por el
espectrógrafo de infrarrojo cercano del Telescopio Espacial James Webb (JWST).
Aumentaron esos datos espectrales con observaciones de
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ALMA (Atacama Large Millimeter/Submillimeter
Array) en Chile para poder separar la luz de la supernova y el resplandor del
GRB. El hallazgo más significativo fueron las firmas reveladoras de elementos
clave como el calcio y el oxígeno que uno esperaría encontrar en una supernova.
Sigue habiendo misterio
Sin embargo, la supernova no era más brillante que otras supernovas asociadas
con GRB menos energéticos, lo cual resulta desconcertante. "Se podría esperar
que la misma estrella en colapso que produce un GRB muy energético y brillante
también produzca una supernova muy energética y brillante", explicó Blanchard.
"Pero resulta que no es así. Tenemos este GRB extremadamente luminoso, pero se
trata de una supernova normal". Los autores sugieren que esto podría tener algo
que ver con la forma y estructura del chorro relativista, que era mucho más
estrecho que otros chorros de GRB, lo que daba como resultado un haz de luz más
enfocado y brillante.
Los datos depararon otra sorpresa para los astrónomos. La única fuente
confirmada de elementos pesados en el universo hasta la fecha es la fusión de
estrellas de neutrones binarias. Pero según Blanchard, hay muy pocas fusiones de
estrellas de neutrones para explicar la abundancia de elementos pesados, por lo
que debe haber otra fuente. Una fuente adicional hipotética es una estrella
masiva que gira rápidamente y colapsa y explota en una supernova.
Desgraciadamente, no hubo evidencia de elementos pesados en los datos
espectrales del JWST relacionados con el BOAT.
"Cuando confirmamos que el GRB fue generado por el colapso de una estrella
masiva, eso nos dio la oportunidad de probar una hipótesis sobre cómo se forman
algunos de los elementos más pesados del universo", aseguró Blanchard. “No vimos
firmas de estos elementos pesados, lo que sugiere que los GRB extremadamente
energéticos como el BOAT no producen estos elementos. Eso no significa que no
todos los GRB los produzcan, pero es una información clave a medida que seguimos
entendiendo de dónde provienen estos elementos pesados. Las observaciones
futuras con JWST determinarán si los primos “normales” del BOAT producen estos
elementos”.
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