El 14 de enero 2019, El observatorio Major Atmospheric Gamma Imaging Cherenkov (MAGIC) en las Islas Canarias capturó la luz de mayor energía registrada en un estallido de rayos gamma. MAGIC comenzó a observar la ráfaga de desvanecimiento solo 50 segundos después de que fue detectada gracias a las posiciones proporcionadas por las naves espaciales Fermi y Swift de la NASA (arriba a la izquierda y a la derecha, respectivamente, en esta ilustración). Los rayos gamma acumularon energía hasta 10 veces mayor que la que se había visto anteriormente. Crédito:NASA / Fermi y Aurore Simonnet, Universidad Estatal de Sonoma
Un par de explosiones distantes descubiertas por el Telescopio Espacial de Rayos Gamma Fermi de la NASA y el Observatorio Swift Neil Gehrels han producido la luz de mayor energía vista hasta ahora en estos eventos. llamados estallidos de rayos gamma (GRB). Las detecciones que establecen récords, realizado por dos observatorios terrestres diferentes, proporcionar nuevos conocimientos sobre los mecanismos que impulsan las explosiones de rayos gamma.
Los astrónomos reconocieron por primera vez el fenómeno GRB hace 46 años. Las explosiones aparecen en lugares aleatorios en el cielo aproximadamente una vez al día, de media.
El tipo más común de GRB ocurre cuando una estrella mucho más masiva que el Sol se queda sin combustible. Su núcleo colapsa y forma un agujero negro, que luego lanza chorros de partículas hacia afuera a casi la velocidad de la luz. Estos chorros perforan la estrella y continúan hacia el espacio. Producen un pulso inicial de rayos gamma, la forma de luz más energética, que suele durar alrededor de un minuto.
Mientras los chorros corren hacia afuera, interactúan con el gas circundante y emiten luz en todo el espectro, desde la radio hasta los rayos gamma. Estos llamados resplandores se pueden detectar hasta meses y, en raras ocasiones, incluso años, después del estallido en longitudes de onda más largas.
"Mucho de lo que hemos aprendido sobre los GRB en las últimas dos décadas proviene de la observación de sus resplandores a energías más bajas, "dijo Elizabeth Hays, el científico del proyecto Fermi en el Goddard Space Flight Center de la NASA en Greenbelt, Maryland. "Ahora, gracias a estas nuevas detecciones terrestres, estamos viendo los rayos gamma de los estallidos de rayos gamma de una manera completamente nueva ".
Dos artículos publicados en la revista Naturaleza Describe cada uno de los descubrimientos. Un tercer artículo analiza una de las ráfagas utilizando un rico conjunto de datos de múltiples longitudes de onda de los observatorios en el espacio y en el suelo. Un cuarto artículo, aceptado por el Diario astrofísico , explora los datos de Fermi y Swift con mayor detalle.
El resplandor crepuscular de GRB 190114C y su galaxia de origen fueron fotografiados por el Telescopio Espacial Hubble el 11 de febrero y el 12 de marzo. 2019. La diferencia entre estas imágenes revela un tenue, resplandor de corta duración (centro del círculo verde) ubicado a unos 800 años luz del núcleo de la galaxia. Los colores azules más allá del núcleo señalan la presencia de calor, estrellas jovenes, lo que indica que se trata de una galaxia espiral algo similar a la nuestra. Se encuentra a unos 4.500 millones de años luz de distancia en la constelación de Fornax. Crédito:NASA, ESA, y V. Acciari et al. 2019
El 14 de enero 2019, justo antes de las 4 p.m. EST, tanto los satélites Fermi como Swift detectaron un pico de rayos gamma de la constelación de Fornax. Las misiones alertaron a la comunidad astronómica sobre la ubicación del estallido, apodado GRB 190114C.
Una instalación que recibió las alertas fue el observatorio principal de imágenes gamma atmosféricas Cherenkov (MAGIC), ubicado en La Palma en las Islas Canarias, España. Ambos telescopios de 17 metros giraron automáticamente hacia el lugar de la explosión. Comenzaron a observar el GRB solo 50 segundos después de que fue descubierto y capturaron los rayos gamma más energéticos hasta ahora vistos en estos eventos.
La energía de la luz visible varía entre 2 y 3 electronvoltios. En 2013, El telescopio de área grande de Fermi (LAT) detectó luz que alcanza una energía de 95 mil millones de electronvoltios (GeV), luego el más alto visto desde una ráfaga. Esto cae apenas por debajo de los 100 GeV, el umbral para los llamados rayos gamma de muy alta energía (VHE). Con GRB 190114C, MAGIC se convirtió en la primera instalación en informar una emisión de VHE inequívoca, con energías de hasta un billón de electronvoltios (1 TeV). Eso es 10 veces el pico de energía que Fermi ha visto hasta la fecha.
"Hace veinte años, diseñamos MAGIC específicamente para buscar emisiones de VHE de GRB, por lo que este es un gran éxito para nuestro equipo, "dijo el coautor Razmik Mirzoyan, científico del Instituto Max Planck de Física de Múnich y portavoz de la colaboración MAGIC. "El descubrimiento de rayos gamma TeV de GRB 190114C muestra que estas explosiones son incluso más poderosas de lo que se pensaba antes. Más importante aún, nuestra detección facilitó una extensa campaña de seguimiento que involucró a más de dos docenas de observatorios, ofreciendo pistas importantes sobre los procesos físicos que operan en los PSG ".
Estos incluyeron la misión NuSTAR de la NASA, el satélite de rayos X XMM-Newton de la Agencia Espacial Europea, el telescopio espacial Hubble de la NASA / ESA, además de Fermi y Swift, junto con muchos observatorios terrestres. Las imágenes del Hubble adquiridas en febrero y marzo capturaron el resplandor óptico de la explosión. Muestran que la explosión se originó en una galaxia espiral a unos 4.500 millones de años luz de distancia. Esto significa que la luz de este GRB comenzó a viajar hacia nosotros cuando el universo tenía dos tercios de su edad actual.
El tercer artículo presenta observaciones de un estallido diferente, que Fermi y Swift descubrieron el 20 de julio, 2018. Diez horas después de sus alertas, el sistema estereoscópico de alta energía (H.E.S.S.) señaló su gran, Telescopio de rayos gamma de 28 metros hasta la ubicación del estallido, llamado GRB 180720B. Un cuidadoso análisis realizado durante las semanas posteriores al evento reveló que H.E.S.S. Rayos gamma VHE claramente detectados con energías de hasta 440 GeV. Aún más notable, el resplandor continuó durante dos horas después del inicio de la observación. Captar esta emisión tanto tiempo después de la detección del GRB es una sorpresa y un nuevo descubrimiento importante.
Las instalaciones terrestres han detectado radiación hasta un billón de veces la energía de la luz visible de una explosión cósmica llamada explosión de rayos gamma (GRB). Esta ilustración muestra la configuración del tipo más común. El núcleo de una estrella masiva (izquierda) colapsó y formó un agujero negro. Este "motor" impulsa un chorro de partículas que se mueve a través de la estrella que colapsa y sale al espacio casi a la velocidad de la luz. La pronta emisión, que suele durar un minuto o menos, puede surgir de la interacción del chorro con gas cerca del agujero negro recién nacido y de colisiones entre capas de gas en movimiento rápido dentro del chorro (ondas de choque internas). La emisión de resplandor se produce cuando el borde de ataque del chorro barre su entorno (creando una onda de choque externa) y emite radiación en todo el espectro durante algún tiempo, de meses a años, en el caso de radio y luz visible, y muchas horas a las energías de rayos gamma más altas observadas hasta ahora. Estos superan con creces los 100 mil millones de electronvoltios (GeV) para dos GRB recientes. Crédito:Centro de vuelos espaciales Goddard de la NASA
Los científicos sospechan que la mayoría de los rayos gamma de los resplandores de GRB se originan en campos magnéticos en el borde de ataque del chorro. Los electrones de alta energía que giran en espiral en los campos emiten directamente rayos gamma a través de un mecanismo llamado emisión de sincrotrón.
Pero tanto el H.E.S.S. y los equipos de MAGIC interpretan la emisión de VHE como un componente de resplandor distintivo, lo que significa que debe haber algún proceso adicional en funcionamiento. El mejor candidato, ellos dicen, es la dispersión de Compton inversa. Los electrones de alta energía en el chorro chocan contra rayos gamma de menor energía y los impulsan a energías mucho más altas.
En el artículo que detalla las observaciones de Fermi y Swift, los investigadores concluyen que, de hecho, puede ser necesario un mecanismo físico adicional para producir la emisión de VHE. Dentro de las energías más bajas observadas por estas misiones, sin embargo, la avalancha de rayos gamma de sincrotrón dificulta mucho más el descubrimiento de un segundo proceso.
"Con Fermi y Swift, no vemos evidencia directa de un segundo componente de emisión, "dijo S. Bradley Cenko de Goddard, el investigador principal de Swift y coautor de los artículos de Fermi-Swift y de varias longitudes de onda. "Sin embargo, si la emisión de VHE surge solo del proceso de sincrotrón, entonces será necesario revisar los supuestos fundamentales utilizados para estimar el pico de energía producido por este mecanismo ".
Se necesitarán observaciones de ráfagas futuras para aclarar la imagen física. Los nuevos datos de VHE abren un nuevo camino para comprender los GRB, uno que se ampliará aún más con MAGIC, H.E.S.S. y se está planificando una nueva generación de telescopios terrestres de rayos gamma.
