Brote de rayos gamma

Luminiscencia visible de GRB 970508 observada un mes después de la detección del brote. Cuando la fusión no genera la presión suficiente para contrarrestar la gravedad, la estrella colapsa rápidamente para formar un agujero negro. En teoría, la energía puede ser liberada durante el colapso en la dirección del eje de rotación para formar un brote de rayos gamma. Los brotes a menudo son acompañados por otros fenómenos de larga o corta duración. Un brote se caracteriza por su fuerte luminosidad.

Los brotes de rayos gamma (también conocidos como GRB, en sus siglas en inglés, o BRG en español) son destellos de rayos gamma asociados con explosiones extremadamente energéticas en galaxias distantes. Son los eventos electromagnéticos más luminosos que ocurren en el universo. Los brotes pueden durar desde unos nanosegundos hasta varias horas,[1] pero, por lo general, un brote típico suele durar unos pocos segundos. Con frecuencia son seguidos por una luminiscencia residual de larga duración de radiación a longitudes de onda mayor ( rayos X, radiación ultravioleta, luz visible, radiación infrarroja y radiofrecuencia).

Se cree que muchos de los BRG son haces muy colimados con radiación intensa producidos a causa de una supernova. Una subclase de BRG (denominados brotes «cortos») parece ser originada por un proceso diferente, posiblemente la fusión de estrellas binarias de neutrones; mientras que los «brotes largos» parecen derivarse a causa de la muerte de estrellas masivas, es decir, por una supernova, o incluso por una hipernova. Los dos tipos de brotes se diferencian por su tiempo de duración: los primeros suelen durar menos de dos segundos, mientras que los otros tienden a alargarse durante más tiempo.

Las fuentes de los BRG se encuentran a miles de millones de años luz de distancia de la Tierra, lo que implica que las explosiones sean extremadamente energéticas (se ha comprobado que un brote típico puede generar la misma energía que el Sol en un periodo de diez mil millones de años) y extremadamente raras (algunas por galaxia cada millón de años).[3]

Los BRG se detectaron por primera vez en 1967 por los satélites Vela, una serie de satélites diseñados para detectar pruebas de armas nucleares encubiertas. En los años posteriores a su descubrimiento se propusieron cientos de modelos teóricos para explicar estos brotes, tales como las colisiones entre cometas y estrellas de neutrones.[4] Había escasa información disponible para verificar estos modelos hasta que se detectaron en 1997 de los primeros rayos X, resplandores ópticos y la medición directa de sus corrimientos al rojo usando espectroscopios ópticos.

Ilustración artística que muestra la vida de una estrella masiva y cómo la fusión nuclear convierte elementos más ligeros en otros más pesados. Cuando la fusión ya no genera suficiente presión para contrarrestar la gravedad, la estrella colapsa rápidamente para formar un agujero negro. Teóricamente, la energía puede ser liberada durante el colapso a lo largo del eje de rotación para formar un estallido de rayos gamma.

Estos descubrimientos, y los estudios posteriores de las galaxias y supernovas asociados con los brotes, clarificaron la distancia y luminosidad de estos fenómenos, corroborando definitivamente que tenían lugar en galaxias distantes y que estaban estrechamente relacionados con la muerte de estrellas masivas.

Historia del descubrimiento

Imagen del satélite BATSE mostrando las posiciones en el cielo donde han sido detectados brotes de rayos gamma. La distribución de éstos es isotrópica, sin concentración hacia el plano de la Vía Láctea, que se extiende horizontalmente a través del centro de la imagen. Créditos: G. Fishman et al., BATSE, CGRO, NASA.

Los brotes de rayos gamma fueron observados por primera vez a finales de la década de 1960 por los satélites estadounidenses Vela, que fueron construidos para detectar pulsos de radiación gamma emitidos por las armas nucleares probadas en el espacio. Los Estados Unidos sospecharon que las fuerzas de la Unión Soviética intentaban conducir en secreto pruebas nucleares tras la firma del Tratado de prohibición parcial de ensayos nucleares en 1963.[6]

Surgieron gran cantidad de teorías para explicar estos brotes, muchas de las cuales sugerían que éstos habían tenido su origen en la Vía Láctea. Hubo escasos avances hasta 1991, cuando se creó el Observatorio de rayos gamma Compton y su experimento "Burst And Transient Source Experiment" (BATSE), un detector de rayos gamma con una gran sensibilidad. Este instrumento proporcionó información crucial que indicaba que la distribución de los BRG era isotrópica —no sesgada hacia cualquier dirección en particular en el espacio, como el plano galáctico o el centro galáctico.[11]

Décadas después del descubrimiento de los BRG, los astrónomos buscaban una contrapartida: un objeto astronómico cuya posición coincidiera con la del brote observado. Los astrónomos consideraron gran diversidad de objetos, incluyendo enanas blancas, púlsares, supernovas, cúmulos globulares, cuásares, galaxias Seyferts, y objetos BL Lac.[15]

Diversos modelos acerca del origen de los rayos gamma postulaban[18]

La explosión GRB 080319B fotografiada por el telescopio Swift.

Debido a la luminosidad tan débil de esta galaxia, la distancia exacta no se pudo medir durante muchos años. Anteriormente, se produjo un gran avance con el siguiente evento registrado por BeppoSAX, el GRB 970508. Este evento fue localizado solo cuatro horas después del descubrimiento, permitiendo a los equipos de búsqueda comenzar a hacer observaciones más rápidas que en cualquier otro brote. El espectro del objeto reveló un corrimiento al rojo de 0,835 ≤ z ≤ 2,3, teniendo lugar el brote a 6 × 109, es decir, a mil millones de años luz de la Tierra.[21]

El satélite BeppoSAX funcionó hasta el 2002 y el Observatorio de Rayos Gamma Compton (con BATSE) fue sacado de órbita el año 2000. Sin embargo, la revolución en el estudio de los brotes de rayos gamma motivó el desarrollo de un número adicional de instrumentos diseñados específicamente para explorar la naturaleza de los BRG, particularmente en los primeros momentos después de la explosión. La primera misión, HETE-2,[26]

Los avances en la primera década del siglo XXI incluyen el reconocimiento de los brotes de rayos gamma de corta duración como una clase aparte (probablemente debido a la fusión de estrellas de neutrones y no asociado con las supernovas), el descubrimiento de actividad extendida, errática y en forma de llamaradas en longitudes de onda de rayos X que dura varios minutos después de la mayoría de los BRG, y el descubrimiento de los objetos más luminosos ( GRB 080319B) y más distantes ( GRB 090423[29]

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