Utilizando el Telescopio Espacial James Webb (JWST), los científicos finalmente han resuelto los misteriosos orígenes del «BOAT», posiblemente la mayor explosión cósmica desde el Big Bang.
El estallido de rayos gamma más brillante de todos los tiempos (de ahí el acrónimo El más brillante de todos los tiempos), también conocido como el BARCO, parece haber sido lanzado por un explosión de supernova que acompañó a la muerte y colapso de una estrella masiva ubicada a unos 2,4 millones de años luz de distancia. Este es un evento que probablemente también condujo al nacimiento de un agujero negro.
Sin embargo, al resolver este misterio cósmico, el equipo de astrofísicos ha abierto otro enigma celestial. Esto se debe a que no se encuentran rastros de elementos pesados como el oro y el platino, rastros que uno esperaría que permanecieran alrededor de este tipo de supernova.
«Este fue un evento que la Tierra ve sólo una vez cada 10.000 años», dijo en un comunicado Peter Blanchard, líder del equipo y científico de la Universidad Northwestern. «El evento produjo algunos de los fotones de mayor energía jamás registrados por satélites diseñados para detectar rayos gamma«.
«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», añadió Blanchard. «No vimos firmas de estos elementos pesados, lo que sugiere que los GRB extremadamente energéticos como el BOAT no producen estos elementos».
Los científicos no perdieron el BARCO
El BARCO, oficialmente designado GRB 221009A, fue visto por primera vez el 9 de octubre de 2022 e inmediatamente se destacó de otros GRB debido a su naturaleza extrema. Los astrónomos lo detectaron como un destello inmensamente brillante de rayos gamma de alta energía seguido de un resplandor que se desvanecía en muchos longitudes de onda de luz.
El poderoso GRB fue detectado por primera vez por telescopios de rayos gamma y rayos X, incluido el de la NASA. Telescopio espacial Fermi de rayos gamma y el Observatorio Swift Neil Gehrels. Después de la detección inicial del BOAT, los astrónomos asombrados se apresuraron a encontrar su fuente potencial. Apuntaron sus telescopios en dirección a la constelación. Sagitariocreyendo que ahí es donde debe estar la respuesta.
«Mientras hayamos podido detectar GRB, no hay duda de que este GRB es el más brillante que jamás hayamos presenciado, por un factor de 10 o más», dijo uno de los descubridores del BOAT Wen-fai Fong, profesor asociado. de física y astronomía y líder del Grupo Fong en Northwestern, había dicho en el momento del descubrimiento.
Blanchard y sus colegas, sin embargo, no se apresuraron a perseguir el BARCO.
En cambio, querían ver el BOAT a medida que evolucionaba y seguirlo durante sus últimas etapas. Así, entrenaron a los JWST en el estallido de rayos gamma que se desvanece unos seis meses después de su aparición por primera vez.
«El GRB era tan brillante que oscureció cualquier firma potencial de supernova en las primeras semanas y meses después de la explosión», dijo Blanchard. «En esos momentos, el llamado resplandor del GRB era como los faros de un automóvil que se acercan directamente a ti, impidiendo que puedas ver el auto en sí.
«Así que tuvimos que esperar a que se desvaneciera significativamente para tener la oportunidad de ver la supernova».
Usando los JWST Espectrógrafo de infrarrojo cercano (NIRSpec) instrumento, Blanchard y sus colegas observaron el resplandor infrarrojo del BOAT. Esto reveló la firma de elementos como el calcio y el oxígeno, todos ellos característicos de las supernovas.
Lo sorprendente, sin embargo, fue que, aunque BOAT es la erupción cósmica más poderosa de su tipo jamás detectada, la supernova que la creó en realidad parecía bastante normal para una muerte estelar tan explosiva.
«No es más brillante que las supernovas anteriores. Parece bastante normal en el contexto de otras supernovas asociadas con GRB menos energéticos», dijo Blanchard. «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. Pero resulta que ese no es el caso. Tenemos este GRB extremadamente luminoso, pero es una supernova normal».
Actualmente, el equipo no está seguro de cómo una supernova «normal» podría haber creado una explosión de energía tan masiva como el BOAT.
Tammoy Laskar, miembro del equipo y profesor asistente de física de la Universidad de Utah, cree que el GRB extremo podría ser el resultado de la forma y estructura de los chorros de velocidad cercana a la luz lanzados por estrellas masivas en colapso mientras crean agujeros negros. Si una estrella masiva gira rápidamente cuando colapsa, entonces los rayos que emite son estrechos, luego más enfocados y, por tanto, más brillantes.
«Es como enfocar el haz de una linterna en una columna estrecha, a diferencia de un haz ancho que atraviesa toda una pared», dijo Laskar. «De hecho, este fue uno de los chorros más estrechos vistos hasta ahora en un estallido de rayos gamma, lo que nos da una pista de por qué el resplandor apareció tan brillante como lo hizo.
«Puede haber otros factores responsables también, una cuestión que los investigadores estudiarán durante los próximos años».
Además, otro aspecto de esta supernova que justificará una investigación mucho más profunda no es algo que tenga, sino aquellas cosas de las que parece carecer.
Los elementos faltantes
Los corazones de las estrellas son como hornos estelares que fusionan elementos ligeros para crear elementos progresivamente más pesados. Este proceso forma elementos hasta el hierro, pero después incluso las estrellas más masivas luchan por fusionar elementos más pesados como el oro y el platino.
Durante muchos años, los científicos han sospechado que estos elementos relativamente más pesados se crean cuando estrellas muertas masivamente densas llamadas estrellas de neutrones chocan entre sícon el JWST recientemente jugó un papel clave para ayudar a confirmar tal teoría.
Sin embargo, los investigadores también pensaron que los entornos extremos creados alrededor de supernovas capaces de lanzar GRB podrían facilitar la «captura rápida» de neutrones, o el «proceso r», que forja elementos como el oro. La razón de esta conjetura es que las colisiones de estrellas de neutrones por sí solas parecen demasiado raras para crear cantidades de elementos más pesados que los que los científicos ven en las estrellas. universo temprano.
«Es probable que exista otra fuente. Se necesita mucho tiempo para estrellas de neutrones binarias fusionar. Dos estrellas de un sistema binario primero tienen que explotar para dejar atrás estrellas de neutrones. Luego, pueden pasar miles de millones de años hasta que las dos estrellas de neutrones se acerquen cada vez más y finalmente se fusionen», dijo Blanchard. «Pero las observaciones de estrellas muy antiguas indican que partes del universo se enriquecieron con metales pesados antes de que la mayoría de las estrellas binarias las estrellas de neutrones habrían tenido tiempo de fusionarse.
«Esto nos indica un canal alternativo».
Se había teorizado que ese canal alternativo era el colapso de una estrella masiva que gira rápidamente, el tipo exacto de evento que los científicos han confirmado ahora que lanzó el BOAT.
Utilizando el JWST, el equipo pudo observar las capas profundas de esta supernova, donde deberían forjarse elementos más pesados que el hierro. «El material de la estrella que explotó es opaco en las primeras etapas, por lo que sólo se pueden ver las capas exteriores», dijo Blanchard. «Pero una vez que se expande y se enfría, se vuelve transparente. Entonces, se pueden ver los fotones provenientes de la capa interna de la supernova. Además, diferentes elementos absorben y emiten fotones en diferentes longitudes de onda, dependiendo de su estructura atómica, dando a cada elemento una firma espectral única.»
Eso significa que observar el espectro de un objeto puede indicarles a los astrónomos qué elementos están presentes.
«Al examinar el espectro del BOAT, no vimos ninguna firma de elementos pesados, lo que sugiere que eventos extremos como GRB 221009A no son fuentes primarias», dijo Blanchard. «Esta es información crucial mientras continuamos tratando de precisar dónde se forman los elementos más pesados».
Blanchard también dice que no detectar elementos pesados alrededor de la fuente de supernova del BOAT no significa que los científicos deban dejar de estudiar el canal GRB de producción de elementos pesados por el momento.
«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», dijo. «Las observaciones futuras con JWST determinarán si los primos ‘normales’ del BOAT producen estos elementos».
Además de aprender más sobre el BOAT y confirmar sus orígenes con el JWST, el equipo también pudo detectar la firma de un intenso episodio de formación estelar en la galaxia anfitriona del evento. Esto indicó que la estrella que murió para dar origen al BOAT puede haberse formado en un entorno diferente al de otras estrellas supernova.
Un aspecto de esta galaxia que podría ayudar a desvelar aún más los secretos del BOAT es el hecho de que parece tener una baja concentración de elementos más pesados que el hidrógeno o el helio, que los astrónomos llaman «metales».
«Este es otro aspecto único del BOAT que puede ayudar a explicar sus propiedades», dijo en el comunicado Yijia Li, miembro del equipo y estudiante graduado de la Universidad Penn State.
«Somos afortunados de vivir en una época en la que tenemos la tecnología para detectar estas explosiones que ocurren en todo el universo», concluyó Blanchard. «Es muy emocionante observar un fenómeno astronómico tan raro como el BOAT y trabajar para comprender la física detrás de este evento excepcional».
La investigación fue publicada el viernes (12 de abril) en la revista Nature Astronomy.
