En un parpadeo, una estrella masiva a más de 2 mil millones de años luz de distancia perdió una lucha de un millón de años contra la gravedad y colapsó, desencadenando una supernova y formando un agujero negro en su centro.

Este agujero negro recién nacido eructó un destello fugaz pero asombrosamente intenso de rayos gamma conocido como estallido de rayos gamma (GRB) hacia la Tierra, donde fue detectado por el Observatorio Swift Neil Gehrels de la NASA el 19 de diciembre de 2016.

Mientras que los rayos gamma del estallido desaparecieron de la vista unos escasos siete segundos después, longitudes de onda más largas de luz de la explosión, incluidos rayos X, luz visible, y radio, continuó brillando durante semanas. Esto permitió a los astrónomos estudiar las secuelas de este evento fantásticamente enérgico, conocido como GRB 161219B, con muchos observatorios terrestres, incluido el Very Large Array de la National Science Foundation.

Las capacidades únicas del Atacama Large Millimeter / submillimeter Array (ALMA), sin embargo, permitió a un equipo de astrónomos hacer un estudio extenso de esta explosión en longitudes de onda milimétricas, obteniendo nuevos conocimientos sobre este GRB en particular y el tamaño y la composición de sus potentes jets.

"Dado que ALMA ve en luz de longitud de onda milimétrica, que lleva información sobre cómo los chorros interactúan con el polvo y el gas circundantes, es una poderosa sonda de estas violentas explosiones cósmicas, "dijo Tanmoy Laskar, astrónomo de la Universidad de California, Berkeley, y becario postdoctoral Jansky del Observatorio Nacional de Radioastronomía. Laskar es el autor principal del estudio, que aparece en el Diario astrofísico .

Estas observaciones permitieron a los astrónomos producir la primera película time-lapse de ALMA de una explosión cósmica. que reveló una onda de choque inversa sorprendentemente duradera de la explosión que hizo eco a través de los chorros. "Con nuestro conocimiento actual de los GRB, Normalmente, esperaríamos que una descarga inversa dure solo unos segundos. Este duró una buena parte de un día entero, "Dijo Laskar.

Se produce un choque inverso cuando el material expulsado de un GRB por sus chorros entra en contacto con el gas circundante. Este encuentro ralentiza el material que se escapa, enviando una onda de choque hacia abajo del jet.

Dado que se espera que los chorros no duren más de unos segundos, un choque inverso debería ser un evento igualmente breve. Pero ese parece no ser el caso ahora.

"Por décadas, Los astrónomos pensaron que este choque inverso produciría un destello brillante de luz visible, que hasta ahora ha sido muy difícil de encontrar a pesar de búsquedas cuidadosas. Nuestras observaciones de ALMA muestran que es posible que hayamos estado buscando en el lugar equivocado, y que las observaciones milimétricas son nuestra mejor esperanza de captar estos fuegos artificiales cósmicos, "dijo Carole Mundell de la Universidad de Bath, y coautor del estudio.

En lugar de, la luz del choque inverso brilla con mayor intensidad en las longitudes de onda milimétricas en escalas de tiempo de aproximadamente un día, que es probablemente la razón por la que ha sido tan difícil de detectar previamente. Mientras que la luz milimétrica temprana fue creada por el choque inverso, los rayos X y la luz visible provenían de la onda expansiva que viajaba delante del avión.

"¿Qué fue único en este evento, "Laskar agrega, "es que cuando el choque inverso entró en el avión, Transfirió lenta pero continuamente la energía del chorro a la onda expansiva que se mueve hacia adelante, provocando que los rayos X y la luz visible se desvanezcan mucho más lento de lo esperado. Los astrónomos siempre se han preguntado de dónde proviene esta energía adicional en la onda expansiva. Gracias a ALMA, sabemos que esta energía, hasta el 85 por ciento del total en el caso de GRB 161219B, está oculta en un material de movimiento lento dentro del propio chorro ".

La brillante emisión de choque inverso se desvaneció en una semana. La onda expansiva luego brilló en la banda milimétrica, dando a ALMA la oportunidad de estudiar la geometría del jet.

La luz visible de la onda expansiva en este momento crítico, cuando el flujo de salida se ha ralentizado lo suficiente para que todo el chorro se vuelva visible en la Tierra, fue eclipsado por la supernova emergente de la estrella que explotó. Pero las observaciones de ALMA, libre de la luz de una supernova, permitió a los astrónomos restringir el ángulo de apertura del flujo de salida del chorro a aproximadamente 13 grados.

Comprender la forma y la duración del flujo de salida de la estrella es esencial para determinar la verdadera energía de la explosión. En este caso, los astrónomos encuentran que los chorros contienen tanta energía como la que emite nuestro Sol en mil millones de años.

"Es una cantidad fantástica de energía, pero en realidad es uno de los eventos menos energéticos que hemos visto. Por qué esto es así sigue siendo un misterio, "dice Kate Alexander, un estudiante graduado de la Universidad de Harvard que dirigió las observaciones de VLA informadas en este estudio. "Aunque a más de dos mil millones de años luz de distancia, este GRB es en realidad el evento de este tipo más cercano para el que hemos medido las propiedades detalladas del flujo de salida, gracias al poder combinado de ALMA y el VLA ".

El VLA, que observa a longitudes de onda más largas, continuó observando la emisión de radio del choque inverso después de que se desvaneciera de la vista de ALMA.

This is only the fourth gamma-ray burst with a convincing, multi-frequency detection of a reverse shock, the researchers note. The material around the collapsing star was about 3, 000 times less dense than the average density of gas in our galaxy, and these new ALMA observations suggest that such low-density environments are essential for producing reverse shock emission, which may explain why such signatures are so rare.

"Our rapid-response observations highlight the key role ALMA can play in following up transients, revealing the energy source that powers them, and using them to map the physics of the universe to the dawn of the first stars, " concludes Laskar. "In particular, our study demonstrates that ALMA's superb sensitivity and new rapid-response capabilities makes it the only facility that can routinely detect reverse shocks, allowing us to probe the nature of the relativistic jets in these energetic transients, and the engines that launch and feed them."