Las estrellas enormes que colapsan o colisionan crean explosiones de rayos gamma
Centro de vuelo espacial Goddard de la NASA/ A. Simonnet, Universidad Estatal de Sonoma
El más Explosión poderosa El mayor descubrimiento jamás visto por los astrónomos contiene una señal misteriosa cuya existencia se creía imposible. Esa señal nos ofrece la primera visión detallada del interior de un estallido de rayos gamma y sugiere que implica la aniquilación de materia y antimateria.
Explosiones de rayos gamma Los GRB son las explosiones de radiación más potentes del universo y se generan en explosiones y colisiones cósmicas. Los físicos sospechan que los GRB de mayor energía provienen de estrellas que colapsan y forman un agujero negro. El agujero negro produce entonces un chorro de material, que se mueve a una velocidad cercana a la de la luz, que atraviesa la estrella que se está desintegrando y emite ráfagas de radiación que podemos observar desde la Tierra. Pero aún se desconoce exactamente cómo se produce esta radiación o qué puede contener el chorro.
Gran parte de este misterio proviene del espectro de luz que podemos ver. A diferencia de la luz que observamos de otros objetos del universo, que contiene picos distintivos que pueden informarnos sobre los átomos específicos u otra materia que produjo esta explosión de energía, el espectro de luz de los estallidos de rayos gamma siempre parece ser uniforme y sin rasgos distintivos.
En la década de 1990, los investigadores se entusiasmaron ante la perspectiva de que algunos GRB parecieran mostrar líneas distintas, pero después de análisis cuidadosos descubrieron que se trataba de errores estadísticos y concluyeron que los espectros de GRB no podían ser puntiagudos.
Ahora, María Ravasio En la Universidad Radboud de los Países Bajos, sus colegas descubrieron que GRB221009Adescubierta en 2022 y considerada la explosión más brillante desde el Big Bang, contiene de hecho un pico energético de unos 10 megaelectronvoltios.
“La primera vez que vi la línea, pensé que había hecho algo mal”, dice Ravasio. Pero después de realizar un análisis estadístico detallado y descartar problemas con el instrumento de observación, el Telescopio espacial de rayos gamma Fermi – Ravasio y sus colegas concluyeron que el pico en el espectro era genuino. “Cuando me di cuenta de que no era un error, se me puso la piel de gallina porque me di cuenta de que era algo enorme”.
Como casi todos los GRB muestran una distribución de energías similar, los astrónomos analizan las nuevas detecciones de GRB utilizando métodos de análisis de datos que funcionan mejor con este patrón. Pero Ravasio y su equipo utilizaron en cambio un método que permite picos, y descubrieron que esto se ajustaba mejor a los datos. “Esa parte del espectro de GRB ha sido la misma durante años, y nadie la estaba investigando”, dice Ravasio. “La energía de [GRB221009A] “Nos permitió ver esa parte del espectro mucho mejor”.
Este pico apunta hacia un proceso físico específico detrás de los GRB que falta en nuestros mejores modelos de ellos.
Para centrarse en lo que podría ser esto, Ravasio y su colega trabajaron bajo el supuesto de que no había átomos completos en el chorro, debido a lo energético que debía haber sido. Esto dejó una explicación plausible: la aniquilación de electrones con sus contrapartes de antimateria, los positrones. Tal aniquilación produciría rayos gamma en un pico específico de 511 kiloelectronvoltios. “Esto ya nos está diciendo la composición del chorro, que es algo que no hemos entendido desde los primeros GRB”, dice Ravasio.
El pico más alto de 10 MeV que observaron los investigadores se debió a que el espectro de energía fue desplazado por el chorro de rápido movimiento que produjo la radiación, de manera similar a cómo la sirena de una ambulancia que se dirige hacia usted suena más aguda.
Esta diferencia significó que pudieron calcular la velocidad del chorro que produjo la explosión, que viajaba al 99,99 por ciento de la velocidad de la luz.
Encontrar un GRB con una línea distintiva es “una de las mayores sorpresas en nuestro campo en más de una década”, dice Eric Quemaduras en la Universidad Estatal de Luisiana.
Burns, que había ayudado a analizar los datos originales que llevaron al descubrimiento de GRB221009A, estaba presentando los resultados en una conferencia con colegas cuando se enteró del descubrimiento de Ravasio. “Ninguno de nosotros creía que el artículo pudiera ser correcto”, dice Burns. “Leímos el título y todos pensamos: esto está mal, no hay forma de que esto sea correcto”.
Pero el análisis que realizaron Ravasio y sus colegas parece ser correcto, dice. “Es bastante asombroso. Lo pasamos por alto porque ni siquiera lo buscamos, porque estábamos absolutamente convencidos de que los estallidos de rayos gamma no tienen líneas”, dice Burns.
Es posible que otros GRB también tengan picos espectrales como éste, que valdría la pena buscar, pero es probable que sólo pudiéramos ver éste porque proviene del GRB más brillante de todos los tiempos, dice Burns.
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