Crédito de imagen: ESO
El 29 de marzo de 2003, el Explorador de transitorios de alta energía de la NASA detectó una brillante explosión de rayos gamma y, poco después, los telescopios de todo el mundo se centraron en el objeto; ahora se llama GRB 030329 y se mide a 2.600 millones de años luz de distancia. Al medir el resplandor de la explosión, los astrónomos se dieron cuenta de que coincide con el espectro de una hipernova: explosiones de estrellas extremadamente grandes, al menos 25 veces más grandes que nuestro propio Sol. Al hacer coincidir los espectros, los astrónomos tienen evidencia convincente de que hay alguna conexión entre las explosiones de rayos gamma y las explosiones de estrellas muy grandes.
El 29 de marzo de 2003, el Explorador de transitorios de alta energía de la NASA (HETE-II) observó un estallido muy brillante de rayos gamma en una región del cielo dentro de la constelación de Leo.
En 90 minutos, se detectó una nueva fuente de luz muy brillante (el "resplandor óptico posterior") en la misma dirección por medio de un telescopio de 40 pulgadas en el Observatorio Siding Spring (Australia) y también en Japón. La explosión de rayos gamma se designó GRB 030329, según la fecha.
Y dentro de las 24 horas, se obtuvo un primer espectro muy detallado de este nuevo objeto mediante el espectrógrafo de alta dispersión UVES en el telescopio VLT KUEYEN de 8.2 m en el Observatorio Paranal ESO (Chile). Permitió determinar la distancia como unos 2.650 millones de años luz (desplazamiento al rojo 0.1685).
Las observaciones continuas con los instrumentos multimodo FORS1 y FORS2 en el VLT durante el mes siguiente permitieron a un equipo internacional de astrónomos [1] documentar con detalles sin precedentes los cambios en el espectro del resplandor óptico de esta explosión de rayos gamma. Su informe detallado aparece en la edición del 19 de junio de la revista de investigación "Nature".
Los espectros muestran la aparición gradual y clara de un espectro de supernova de la clase más energética conocida, una "hipernova". Esto es causado por la explosión de una estrella muy pesada, presumiblemente más de 25 veces más pesada que el Sol. La velocidad de expansión medida (más de 30,000 km / seg) y la energía total liberada fueron excepcionalmente altas, incluso dentro de la clase de hipernova elegida.
A partir de una comparación con más hipernovas cercanas, los astrónomos pueden fijar con buena precisión el momento de la explosión estelar. Resulta estar dentro de un intervalo de más / menos dos días de la explosión de rayos gamma. Esta conclusión única proporciona evidencia convincente de que los dos eventos están directamente conectados.
Por lo tanto, estas observaciones indican un proceso físico común detrás de la explosión de hipernova y la emisión asociada de una fuerte radiación de rayos gamma. El equipo concluye que es probable que se deba al colapso casi instantáneo y no simétrico de la región interna de una estrella altamente desarrollada (conocido como el modelo "colapsar").
El estallido de rayos gamma del 29 de marzo pasará a los anales de la astrofísica como un raro "evento de definición de tipo", proporcionando evidencia concluyente de un vínculo directo entre las explosiones cosmológicas de rayos gamma y las explosiones de estrellas muy masivas.
¿Qué son los estallidos de rayos gamma?
Uno de los campos de astrofísica más activos actualmente es el estudio de los dramáticos eventos conocidos como "estallidos de rayos gamma (GRB)". Fueron detectados por primera vez a fines de la década de 1960 mediante instrumentos sensibles a bordo de satélites militares en órbita, lanzados para la vigilancia y detección de pruebas nucleares. Originarios, no en la Tierra, sino en el espacio, estos cortos destellos de rayos gamma energéticos duran desde menos de un segundo hasta varios minutos.
A pesar de los grandes esfuerzos de observación, es solo en los últimos seis años que es posible determinar con cierta precisión los sitios de algunos de estos eventos. Con la inestimable ayuda de observaciones posicionales comparativamente precisas de la emisión de rayos X asociada por varios observatorios satelitales de rayos X desde principios de 1997, los astrónomos han identificado hasta ahora cerca de cincuenta fuentes de luz óptica de corta duración asociadas con GRB (los "resplandores ópticos") )
Se ha descubierto que la mayoría de los GRB están situados a distancias extremadamente grandes ("cosmológicas"). Esto implica que la energía liberada en unos pocos segundos durante tal evento es mayor que la del Sol durante toda su vida útil de más de 10,000 millones de años. Los GRB son de hecho los eventos más poderosos desde el Big Bang conocido en el Universo, cf. ESO PR 08/99 y ESO PR 20/00.
Durante los últimos años se ha acumulado evidencia circunstancial de que los GRB indican el colapso de estrellas masivas. Originalmente, esto se basó en la probable asociación de una explosión inusual de rayos gamma con una supernova ("SN 1998bw", también descubierto con los telescopios ESO, cf. ESO PR 15/98). Desde entonces, han surgido más pistas, incluida la asociación de GRB con regiones de formación estelar masiva en galaxias distantes, evidencia tentadora de "protuberancias" de curvas de luz similares a supernovas en los resplandores ópticos de algunas explosiones anteriores y firmas espectrales de elementos recién sintetizados. , observado por observatorios de rayos X.
Observaciones de VLT de GRB 030329
El 29 de marzo de 2003 (exactamente a las 11: 37: 14.67 h UT), el Explorador de transitorios de alta energía de la NASA (HETE-II) detectó un estallido de rayos gamma muy brillante. Luego de la identificación del "resplandor óptico" por un telescopio de 40 pulgadas en el Observatorio Siding Spring (Australia), el desplazamiento al rojo de la explosión [3] se determinó como 0.1685 por medio de un espectro de alta dispersión obtenido con el espectrógrafo UVES en el Telescopio VLT KUEYEN de 8,2 m en el Observatorio Paranal de ESO (Chile).
La distancia correspondiente es de unos 2.650 millones de años luz. Este es el GRB normal más cercano que se haya detectado, por lo tanto, brinda la oportunidad tan esperada de probar las muchas hipótesis y modelos que se han propuesto desde el descubrimiento de los primeros GRB a fines de la década de 1960.
Con este objetivo específico, el equipo de astrónomos liderado por ESO [1] ahora recurrió a otros dos instrumentos poderosos en el Very Large Telescope (VLT) de ESO, las cámaras / espectrógrafos multimodo FORS1 y FORS2. Durante un período de un mes, hasta el 1 de mayo de 2003, se obtuvieron espectros del objeto que se desvanece a una velocidad regular, asegurando un conjunto único de datos de observación que documenta los cambios físicos en el objeto remoto con un detalle sin igual.
La conexión hipernova
Basado en un estudio cuidadoso de estos espectros, los astrónomos ahora están presentando su interpretación del evento GRB 030329 en un artículo de investigación que aparece en la revista internacional "Nature" el jueves 19 de junio. Bajo el título prosaico "Una supernova muy enérgica asociada con la explosión de rayos gamma del 29 de marzo de 2003 ", no menos de 27 autores de 17 institutos de investigación, encabezados por el astrónomo danés Jens Hjorth, concluyen que ahora hay evidencia irrefutable de una conexión directa entre el GRB y la explosión" hipernova "de una muy estrella masiva, altamente evolucionada.
Esto se basa en la "aparición" gradual con el tiempo de un espectro de tipo supernova, que revela la explosión extremadamente violenta de una estrella. Con velocidades superiores a 30,000 km / s (es decir, más del 10% de la velocidad de la luz), el material expulsado se mueve a una velocidad récord, lo que demuestra el enorme poder de la explosión.
Las hipernovas son eventos raros y probablemente son causadas por la explosión de estrellas del tipo llamado "Wolf-Rayet" [4]. Estas estrellas WR se formaron originalmente con una masa superior a 25 masas solares y consistían principalmente en hidrógeno. Ahora en su fase WR, habiéndose despojado de sus capas externas, consisten casi exclusivamente en helio, oxígeno y elementos más pesados producidos por la intensa combustión nuclear durante la fase anterior de su corta vida.
"Hemos estado esperando este por mucho, mucho tiempo", dice Jens Hjorth, "este GRB realmente nos dio la información que faltaba. A partir de estos espectros muy detallados, ahora podemos confirmar que esta explosión y probablemente otras ráfagas largas de rayos gamma se crean a través del colapso del núcleo de estrellas masivas. La mayoría de las otras teorías principales ahora son poco probables ".
Un "evento que define el tipo"
Su colega, el astrónomo de ESO Palle Müller, está igualmente contento: “Lo que realmente nos sorprendió al principio fue el hecho de que detectamos claramente las firmas de supernovas ya en el primer espectro FORS tomado solo cuatro días después de que se observó el GRB por primera vez - no esperábamos eso en absoluto. A medida que recibíamos más y más datos, nos dimos cuenta de que la evolución espectral era casi completamente idéntica a la de la hipernova vista en 1998. La similitud de los dos nos permitió establecer un momento muy preciso del presente evento de supernova ”.
Los astrónomos determinaron que la explosión de hipernova (designada SN 2003dh [2]) documentada en los espectros VLT y el evento GRB observado por HETE-II debe haber ocurrido casi al mismo tiempo. Sujeto a un mayor refinamiento, a lo sumo hay una diferencia de 2 días y, por lo tanto, no hay duda alguna de que los dos están causalmente conectados.
"Supernova 1998bw abrió nuestro apetito, pero pasaron 5 años más antes de que pudiéramos decir con confianza, encontramos la pistola humeante que clavó la asociación entre GRB y SNe", agrega Chryssa Kouveliotou de la NASA. "GRB 030329 bien podría resultar ser algún tipo de" eslabón perdido "para GRB".
En conclusión, GRB 030329 fue un evento raro de "definición de tipo" que se registrará como un hito en la astrofísica de alta energía.
¿Qué sucedió realmente el 29 de marzo (o hace 2.650 millones de años)?
Aquí está la historia completa sobre GRB 030329, como lo leen ahora los astrónomos.
Miles de años antes de esta explosión, una estrella muy masiva, que se quedó sin combustible de hidrógeno, soltó gran parte de su envoltura exterior, transformándose en una estrella azulada Wolf-Rayet [3]. Los restos de la estrella contenían aproximadamente 10 masas solares de helio, oxígeno y elementos más pesados.
En los años previos a la explosión, la estrella Wolf-Rayet agotó rápidamente el combustible restante. En algún momento, esto desencadenó repentinamente el evento de explosión de hipernova / rayos gamma. El núcleo se derrumbó, sin que la parte exterior de la estrella lo supiera. Un agujero negro se formó en el interior, rodeado por un disco de materia acumulada. En unos segundos, un chorro de materia se lanzó lejos de ese agujero negro.
El chorro atravesó la capa exterior de la estrella y, junto con los vientos vigorosos del níquel-56 radioactivo recién formado que soplaba del disco en el interior, destrozó la estrella. Esta rotura, la hipernova, brilla intensamente debido a la presencia de níquel. Mientras tanto, el chorro se estrelló contra el material cerca de la estrella y creó la explosión de rayos gamma que los astrónomos de la Tierra registraron unos 2.650 millones de años después. El mecanismo detallado para la producción de rayos gamma sigue siendo un tema de debate, pero está relacionado con interacciones entre el chorro y la materia previamente expulsada de la estrella, o con colisiones internas dentro del mismo chorro.
Este escenario representa el modelo "colapsar", introducido por el astrónomo estadounidense Stan Woosley (Universidad de California, Santa Cruz) en 1993 y miembro del equipo actual, y explica mejor las observaciones del GRB 030329.
"Esto no significa que el misterio del estallido de rayos gamma esté ahora resuelto", dice Woosley. “Ahora confiamos en que las explosiones prolongadas implican un colapso del núcleo y una hipernova, probablemente creando un agujero negro. Hemos convencido a la mayoría de los escépticos. Sin embargo, aún no podemos llegar a ninguna conclusión sobre las causas de los estallidos cortos de rayos gamma, aquellos que duran menos de dos segundos ".
Fuente original: Comunicado de prensa de ESO
