En junio de 2016, un equipo internacional de 31 astrónomos, dirigido por Eleanora Troja de la Universidad de Maryland e incluido Nathaniel Butler de la Universidad Estatal de Arizona, atrapó una estrella masiva mientras moría en una explosión titánica en las profundidades del espacio.

La explosión de la estrella moribunda liberó en unos 40 segundos tanta energía como la que libera el Sol durante toda su vida. todos enfocados en un estrecho haz de rayos gamma dirigidos al azar hacia la Tierra.

Los hallazgos del equipo, reportado en la revista científica Naturaleza , proporcionan pruebas sólidas de uno de los dos modelos que compiten sobre cómo las explosiones de rayos gamma (GRB) producen su energía.

"Estas son las explosiones más brillantes del universo, "dice Butler, profesor asociado en la Escuela de Exploración de la Tierra y el Espacio de ASU. "Y pudimos medir el desarrollo y la descomposición de este casi desde la explosión inicial".

Reflejos rápidos

La explosión de rayos gamma del 25 de junio 2016, fue detectado por dos satélites de la NASA que monitorean el cielo en busca de tales eventos, el Telescopio Espacial de Rayos Gamma Fermi y la Misión Swift Gamma-Ray Burst.

Los observatorios satelitales detectaron el estallido de rayos gamma, identificado de dónde viene en el cielo, y envió su posición celeste en segundos a telescopios automáticos en el suelo.

El telescopio MASTER-IRC del Observatorio del Teide en Canarias lo observó primero, dentro de un minuto de la notificación por satélite. El telescopio es parte de la red MASTER de telescopios robóticos de Rusia en el Observatorio del Teide. Hizo observaciones de luz óptica mientras la fase inicial aún estaba activa, recopilación de datos sobre la cantidad de luz óptica polarizada en relación con la luz total producida.

Después de que el sol se puso sobre esta instalación ocho horas y media después, la cámara RATIR en la que participa ASU comenzó a observar. RATIR son las siglas de cámara infrarroja de reionización y transitorios; está montado en un telescopio controlado robóticamente de 1,5 metros (60 pulgadas) ubicado en el pico San Pedro Mártir, en el Observatorio Astronómico Nacional de México en Baja California. Butler es el investigador principal de la cámara totalmente automatizada.

Butler explica, "A lo mejor, nuestro telescopio tarda uno o dos minutos en desplazarse hasta la posición de la ráfaga. En este caso, tuvimos que esperar a que se elevara sobre el horizonte. Esto significa que el estallido de rayos gamma en sí mismo había terminado, y estábamos observando lo que se llama el resplandor crepuscular. Esta es la explosión que se desvanece cuando la radiación golpea el medio interestelar alrededor de la estrella que explotó ".

Él dice, "La cámara RATIR nos permite tomar imágenes simultáneas en seis colores, dos ópticos y cuatro infrarrojos cercanos. En los últimos cinco años, RATIR ha obtenido imágenes de 155 explosiones de rayos gamma ".

Rayos misteriosos de energía

Si bien las explosiones de rayos gamma se conocen desde hace unos cincuenta años, los astrónomos todavía están mayormente en la oscuridad sobre cómo estallan.

"A pesar de una larga historia de observaciones, "Butler dice, "el mecanismo de emisión que impulsa las explosiones de rayos gamma sigue siendo en gran parte misterioso".

Los estallidos de rayos gamma se detectan aproximadamente una vez al día y son breves, pero intenso, destellos de radiación gamma. Vienen de diferentes direcciones en el cielo, y duran desde decenas de milisegundos hasta aproximadamente un minuto, lo que dificulta observarlos en detalle.

Los astrónomos creen que la mayoría de estas explosiones están asociadas con supernovas. Estos ocurren cuando una estrella masiva llega al final de su existencia normal y explota en una explosión colosal. Una supernova arroja algunas de las capas externas de la estrella, mientras que su núcleo y las capas restantes colapsan en unos segundos en una estrella de neutrones o, en el caso de estrellas muy masivas, a black hole.

Continued RATIR observations over weeks following the June 2016 outburst showed that the gamma rays were shot out in a beam about two degrees wide, or roughly four times the apparent size of the Moon. It was sheer chance that Earth happened to lie within the beam.

Beaming effects, Butler says, may result from the spin of the black hole produced after the supernova explosion, as it releases material along its poles.

Magnetic focus

"We think the gamma-ray emission is due to highly energetic electrons, propelled outward like a fireball, " Butler says. Magnetic fields must also be present, he adds, and theories differ as to how the fields are produced and to what extent the flow of magnetic energy outward is important.

A key diagnostic is measuring the radiation's polarization, el explica. Esta, astronomers think, is largely controlled by the strength of the magnetic fields that focus the radiation. Butler says, "Measuring the strength of magnetic fields by their polarization effects can tell us about the mechanisms that accelerate particles such as electrons up to very high energies and cause them to radiate at gamma-ray energies."

In the case of the June 2016 blast, the scientists were able to measure polarization using MASTER within minutes, an unprecedented early discovery. The large amount of polarization the team observed indicates that powerful magnetic fields were confining and directing it. This lends support for the magnetic origin model for gamma-ray bursters.

While gamma-ray bursters have many more mysteries to be unfolded, Butler says, "this is the first strong evidence that the early shocks generated by these bursts are magnetically driven."