Cuando las estrellas lejanas explotan, envían destellos de energía llamados estallidos de rayos gamma que son lo suficientemente brillantes como para que los telescopios en la Tierra puedan detectarlos. Estudiar estos pulsos, que también pueden provenir de fusiones de algunos objetos astronómicos exóticos como agujeros negros y estrellas de neutrones, puede ayudar astrónomos como yo comprender la historia del universo.
Los telescopios espaciales detectan en promedio un estallido de rayos gamma por día, que se suma a los miles de estallidos detectados a lo largo de los años, y una comunidad de voluntarios está haciendo posible la investigación de estos estallidos.
El 20 de noviembre de 2004, la NASA lanzó el Observatorio Swift Neil Gehrels, también conocido como Swift. Swift es un telescopio espacial de múltiples longitudes de onda que los científicos están utilizando para descubrir más sobre estos misteriosos destellos de rayos gamma del universo.
Los estallidos de rayos gamma suelen durar muy poco tiempo, desde unos pocos segundos hasta unos minutos, y la mayor parte de su emisión se produce en forma de rayos gamma, que forman parte del espectro luminoso que nuestros ojos no pueden ver. Los rayos gamma contienen mucha energía y pueden Dañar los tejidos humanos y el ADN..
Afortunadamente, la atmósfera de la Tierra bloquea la mayoría de los rayos gamma del espacio, pero eso también significa que la única forma de observar estallidos de rayos gamma es a través de un telescopio espacial como Swift. A lo largo de sus 19 años de observaciones, Swift ha observado encima 1.600 estallidos de rayos gamma. La información que recopila de estas explosiones ayuda a los astrónomos en tierra a medir las distancias a estos objetos.
El observatorio Swift de la NASA, que detecta rayos gamma. NASA E/PO, Universidad Estatal de Sonoma/Aurore Simonnet
Mirando atrás en el tiempo
Los datos de Swift y otros observatorios han enseñado a los astrónomos que los estallidos de rayos gamma son una de las explosiones más poderosas del universo. Son tan brillantes que los telescopios espaciales como Swift pueden detectarlos en todo el universo.
De hecho, los estallidos de rayos gamma se encuentran entre uno de los objetos astrofísicos más lejanos observado por telescopios.
Como la luz viaja a una velocidad finita, los astrónomos están efectivamente mirando hacia atrás en el tiempo a medida que miran más hacia el universo.
El estallido de rayos gamma más lejano jamás observado ocurrió tan lejos que su luz tardó 13 mil millones de años en llegar a la Tierra. Entonces, cuando los telescopios tomaron fotografías de ese estallido de rayos gamma, observaron el evento tal como se veía hace 13 mil millones de años.
Los estallidos de rayos gamma permiten a los astrónomos aprender sobre la historia del universoincluido cómo la tasa de natalidad y la masa de las estrellas cambian con el tiempo.
Tipos de explosiones de rayos gamma
Los astrónomos ahora saben que existen básicamente dos tipos de estallidos de rayos gamma– largo y corto. Se clasifican según la duración de sus pulsos. Las largas explosiones de rayos gamma tienen pulsos de más de dos segundos, y al menos algunos de estos eventos están relacionados con supernovas: estrellas en explosión.
Cuando una estrella masiva, o una estrella que es al menos ocho veces más masiva que nuestro Sol, se queda sin combustible, explotará como una supernova y colapsará en una estrella de neutrones o en un agujero negro.
Tanto las estrellas de neutrones como los agujeros negros son extremadamente compactos. Si se redujera todo el Sol a un diámetro de aproximadamente 12 millas, o el tamaño de Manhattan, sería tan denso como una estrella de neutrones.
Algunas estrellas particularmente masivas también pueden lanzar chorros de luz cuando explotan. Estos chorros son haces de luz concentrados impulsados por campos magnéticos estructurados y partículas cargadas. Cuando estos chorros apunten hacia la Tierra, telescopios como Swift detectar un estallido de rayos gamma.
Emisión de ráfagas de rayos gamma.
Por otro lado, los estallidos cortos de rayos gamma tienen pulsos de menos de dos segundos. Los astrónomos sospechan que la mayoría de estas explosiones cortas ocurren cuando dos estrellas de neutrones o una estrella de neutrones y un agujero negro se fusionan.
Cuando una estrella de neutrones se acerca demasiado a otra estrella de neutrones o a un agujero negro, los dos objetos orbitarán uno alrededor del otro, acercándose cada vez más a medida que pierden parte de su energía. a través de ondas gravitacionales.
Estos objetos eventualmente se fusionan y emiten chorros cortos. Cuando los chorros cortos apuntan hacia la Tierra, los telescopios espaciales pueden detectarlos como breves estallidos de rayos gamma.
Las fusiones de estrellas de neutrones emiten explosiones de rayos gamma.
Clasificación de explosiones de rayos gamma
Clasificar las ráfagas como cortas o largas no siempre es tan sencillo. En los últimos años, los astrónomos han descubierto algunos peculiares estallidos cortos de rayos gamma asociados con supernovas en lugar de las fusiones esperadas. Y han encontrado algunas explosiones largas de rayos gamma relacionadas con fusiones en lugar de supernovas.
Estos confusos casos muestran que los astrónomos no comprenden completamente cómo se crean los estallidos de rayos gamma. Sugieren que los astrónomos necesitan una mejor comprensión de las formas de los pulsos de rayos gamma para conectar mejor los pulsos con sus orígenes.
Pero es difícil clasificar sistemáticamente la forma del pulso, que es diferente a la duración del pulso. Las formas de los pulsos pueden ser extremadamente diversas y complejas. Hasta ahora, ni siquiera los algoritmos de aprendizaje automático han podido reconocer correctamente todas las estructuras detalladas de los pulsos que interesan a los astrónomos.
Los estallidos de rayos gamma tienen una variedad de formas diferentes, que describen cómo emiten energía a lo largo del tiempo. Aquí hay un pequeño subconjunto de los estallidos de rayos gamma detectados por Swift, que captura una idea de la diversidad de estas formas de pulso.
Mis colegas y yo hemos contado con la ayuda de voluntarios de la NASA para identificar estructuras de pulso. Los voluntarios aprenden a identificar las estructuras del pulso, luego miran las imágenes en sus propios ordenadores y las clasifican.
Nuestros resultados preliminares sugieren que estos voluntarios, también conocidos como científicos ciudadanos, pueden aprender y reconocer rápidamente las estructuras complejas de los pulsos de rayos gamma. El análisis de estos datos ayudará a los astrónomos a comprender mejor cómo se crean estas misteriosas explosiones.
Nuestro equipo espera saber si más estallidos de rayos gamma en la muestra desafían la clasificación corta y larga anterior. Usaremos los datos para investigar con mayor precisión la historia del universo a través de observaciones de explosiones de rayos gamma.
Este proyecto de ciencia ciudadana, llamado cazador de ráfagasha crecido desde nuestros resultados preliminares y estamos reclutando activamente nuevos voluntarios para que se unan a nuestra búsqueda para estudiar los misteriosos orígenes detrás de estas explosiones.
Amy Lien Es profesor asistente de Física en la Universidad de Tampa. Este artículo se republica desde La conversación debajo de Licencia Creative Commons. Leer el artículo original.