En todo el universo, a unos 7.500 millones de años luz de distancia, una estrella moribunda lanzó algunos de los astrónomos de luz de mayor energía que jamás hayan visto. Y estas partículas de luz, o fotones, están ayudando a los astrónomos a comprender cómo estas partículas son impulsadas a energías tan extremas.
Los astrónomos encontraron los fotones de ultra alta energía mientras miraban un evento llamado explosión de rayos gamma, o GRB. Se cree que es el resultado de la colisión de estrellas de neutrones o el colapso de una estrella masiva, las explosiones de rayos gamma aparecen repentinamente, a veces solo por una fracción de segundo. Una de estas explosiones fugaces puede liberar más energía de la que generaría el sol durante toda su vida. Estos eventos son difíciles de atrapar, pero un resplandor sigue a la explosión. La luz del resplandor posterior es más tenue pero dura más, lo que permite a los astrónomos medirla en detalle.
El 14 de enero de 2019, uno de estos estallidos de rayos gamma, llamado GRB 190114C, fue descubierto por dos telescopios espaciales a través de un sistema automatizado. En 22 segundos, los astrónomos en la Tierra dirigieron sus telescopios terrestres para medir el resplandor posterior al evento.
"Lo hemos estado buscando durante más de 20 años", Razmik Mirzoyan, portavoz de los principales telescopios Cherenkov de imágenes gamma atmosféricas. (MAGIC) colaboración y coautor en el nuevo estudio, dijo a Live Science. Mirzoyan dijo que pudieron encontrarlo, "no fue mera suerte, es solo persistencia".
En términos astronómicos, el evento estuvo relativamente cerca, lo que permitió a los astrónomos medir el brillo posterior en un amplio rango de longitudes de onda. Durante los siguientes 10 días, los científicos reunieron datos de seis satélites y 15 telescopios terrestres que detectaron radiación en longitudes de onda que van desde la radio hasta la luz ultravioleta.
Analizando las mediciones de las primeras decenas de segundos después de la explosión, los astrónomos encontraron fotones con energías de billones de electronvoltios, es decir, billones de veces la energía de los fotones típicos que provienen del sol.
Mientras que los fotones con energías superiores a 1 billón de electronvoltios se han detectado antes de otras fuentes astrofísicas, como los restos de supernovas, se sabe que ninguno se originó a partir de un GRB.
Los datos de longitud de onda múltiple ayudaron a los astrónomos a establecer cómo se energizaban las partículas. Los fotones de baja energía habían sido liberados por partículas en espiral alrededor de campos magnéticos en un proceso conocido como radiación sincrotrón. Por el contrario, los fotones de ultra alta energía que batieron récords se aceleraron mediante colisiones con electrones de alta energía, una variación en un mecanismo que los científicos llaman dispersión de Compton inverso. Los hallazgos confirman teorías sobre GRB y ayudan a los astrónomos a comprender la física de estas explosiones extrañas.
"Después de más de 50 años desde que se descubrieron los GRB, muchos de sus aspectos fundamentales siguen siendo misteriosos", dijo Mirzoyan en un comunicado. "El descubrimiento de la emisión de rayos gamma de GRB 190114C ... muestra que las explosiones de GRB son aún más poderosas de lo que se pensaba antes".
Si bien los astrónomos han estado buscando durante mucho tiempo tales fotones de energía ultraalta, GRB 190114C no fue un evento raro, solo uno que es difícil de atrapar. Gracias a telescopios como MAGIC y el Sistema estereoscópico de alta energía (H.E.S.S.), que están diseñados para detectar rayos gamma de ultra alta energía, y sistemas automatizados para detectar GRB iniciales, los científicos esperan capturar más fotones de ultra alta energía en el futuro.
"Estamos entrando en una nueva era de descubrimiento de fotones de energía ultraalta", dijo a Live Science en un correo electrónico Bing Zhang, astrofísico de la Universidad de Nevada, Las Vegas, que no participó en el nuevo estudio. "Dado que se espera una física rica en el régimen de alta energía, estas observaciones seguramente traerán emoción en los próximos años".
Los nuevos resultados fueron publicados el 20 de noviembre en la revista Nature.
