El 26 de agosto 2020, El telescopio espacial de rayos gamma Fermi de la NASA detectó un pulso de radiación de alta energía que había estado corriendo hacia la Tierra durante casi la mitad de la edad actual del universo. Durando solo alrededor de un segundo, resultó ser uno de los libros de récords:el estallido de rayos gamma más corto (GRB) causado por la muerte de una estrella masiva jamás visto.

Los GRB son los eventos más poderosos del universo, detectable a través de miles de millones de años luz. Los astrónomos los clasifican como largos o cortos en función de si el evento dura más o menos de dos segundos. Observan ráfagas largas en asociación con la desaparición de estrellas masivas, mientras que las ráfagas cortas se han vinculado a un escenario diferente.

"Ya sabíamos que algunos GRB de estrellas masivas podrían registrarse como GRB cortos, pero pensamos que esto se debía a limitaciones instrumentales, ", dijo Bin-bin Zhang en la Universidad de Nanjing en China y la Universidad de Nevada, Las Vegas. "Esta ráfaga es especial porque definitivamente es un GRB de corta duración, pero sus otras propiedades apuntan a su origen en una estrella que colapsa. Ahora sabemos que las estrellas moribundas pueden producir ráfagas cortas, también."

Nombrado GRB 200826A, después de la fecha en que ocurrió, el estallido es el tema de dos artículos publicados en Astronomía de la naturaleza los lunes, 26 de julio. El primero, dirigido por Zhang, explora los datos de rayos gamma. El segundo, liderado por Tomás Ahumada, estudiante de doctorado en la Universidad de Maryland, College Park y el Goddard Space Flight Center de la NASA en Greenbelt, Maryland, describe el desvanecimiento del resplandor de múltiples longitudes de onda del GRB y la luz emergente de la explosión de supernova que siguió.

"Creemos que este evento fue efectivamente un fracaso, uno que estuvo cerca de no suceder en absoluto, "Ahumada dijo." Aun así, la explosión emitió 14 millones de veces la energía liberada por toda la Vía Láctea durante la misma cantidad de tiempo, lo que lo convierte en uno de los GRB de corta duración más enérgicos jamás visto ".

Cuando una estrella mucho más masiva que el Sol se queda sin combustible, su núcleo colapsa repentinamente y forma un agujero negro. Mientras la materia gira hacia el agujero negro, parte de ella se escapa en forma de dos poderosos chorros que se precipitan hacia afuera casi a la velocidad de la luz en direcciones opuestas. Los astrónomos solo detectan un GRB cuando uno de estos chorros apunta casi directamente hacia la Tierra.

Cada chorro perfora la estrella produciendo un pulso de rayos gamma, la forma de luz de mayor energía, que puede durar hasta minutos. Siguiendo el estallido, la estrella interrumpida luego se expande rápidamente como una supernova.

GRB cortos, por otra parte, se forman cuando pares de objetos compactos, como estrellas de neutrones, que también se forman durante el colapso estelar, en espiral hacia adentro durante miles de millones de años y colisionan. Las observaciones de Fermi ayudaron recientemente a demostrar que, en galaxias cercanas, bengalas gigantes de aislado, Las estrellas de neutrones supermagnetizadas también se hacen pasar por GRB cortos.

GRB 200826A fue una fuerte explosión de emisión de alta energía que duró solo 0,65 segundos. Después de viajar durante eones a través del universo en expansión, la señal se había extendido hasta aproximadamente un segundo de duración cuando fue detectada por el monitor de ráfagas de rayos gamma de Fermi. El evento también apareció en instrumentos a bordo de la misión Wind de la NASA. que orbita un punto entre la Tierra y el Sol ubicado alrededor de 930, 000 millas (1,5 millones de kilómetros) de distancia, y Mars Odyssey, que ha estado orbitando el Planeta Rojo desde 2001. El satélite INTEGRAL de la ESA (la Agencia Espacial Europea) también observó la explosión.

Todas estas misiones participan en un sistema de localización de GRB llamado Red InterPlanetaria (IPN), para lo cual el proyecto Fermi proporciona toda la financiación estadounidense. Debido a que la ráfaga llega a cada detector en momentos ligeramente diferentes, cualquier par de ellos se puede utilizar para ayudar a reducir el lugar del cielo en el que ocurrió. Aproximadamente 17 horas después del GRB, el IPN redujo su ubicación a una porción relativamente pequeña del cielo en la constelación de Andrómeda.

Utilizando la instalación Zwicky Transient Facility (ZTF) financiada por la National Science Foundation en el Observatorio Palomar, El equipo escaneó el cielo en busca de cambios en la luz visible que pudieran estar relacionados con el desvanecimiento del resplandor crepuscular del GRB.

"Realizar esta búsqueda es similar a intentar encontrar una aguja en un pajar, pero el IPN ayuda a encoger el pajar, "dijo Shreya Anand, estudiante de posgrado en Caltech y coautor del artículo afterglow. "De más de 28, 000 ZTF alerta la primera noche, sólo uno cumplió con todos nuestros criterios de búsqueda y también apareció dentro de la región del cielo definida por el IPN ".

Dentro de un día del estallido, El Observatorio Swift Neil Gehrels de la NASA descubrió una emisión de rayos X que se desvanecía desde este mismo lugar. Un par de días después, La emisión de radio variable fue detectada por Karl Jansky Very Large Array del Observatorio Nacional de Radioastronomía en Nuevo México. Luego, el equipo comenzó a observar el resplandor con una variedad de instalaciones terrestres.

Observando la débil galaxia asociada con el estallido usando el Gran Telescopio Canarias, un telescopio de 10,4 metros en el Observatorio Roque de los Muchachos en La Palma en las Islas Canarias de España, el equipo demostró que su luz tarda 6.600 millones de años en llegar hasta nosotros. Eso es el 48% de la edad actual del universo de 13,8 mil millones de años.

Pero para demostrar que esta breve explosión provino de una estrella que colapsa, los investigadores también necesitaban capturar la supernova emergente.

"Si el estallido fue causado por el colapso de una estrella, luego, una vez que el resplandor se desvanece, debería volver a brillar debido a la explosión de supernova subyacente, "dijo Leo Singer, un astrofísico de Goddard y asesor de investigación de Ahumada. "Pero a estas distancias, se necesita un telescopio muy grande y muy sensible para distinguir el punto de luz de la supernova del resplandor de fondo de su galaxia anfitriona ".

Para realizar la búsqueda, A Singer se le otorgó tiempo en el telescopio Gemini North de 8.1 metros en Hawai y el uso de un instrumento sensible llamado Espectrógrafo Multi-Objeto Gemini. Los astrónomos tomaron imágenes de la galaxia anfitriona en luz roja e infrarroja a partir de 28 días después del estallido. repitiendo la búsqueda 45 y 80 días después del evento. Detectaron una fuente en el infrarrojo cercano, la supernova, en el primer conjunto de observaciones que no se pudo ver en las posteriores.

Los investigadores sospechan que esta explosión fue impulsada por chorros que apenas emergieron de la estrella antes de apagarse. en lugar del caso más típico en el que los chorros de larga duración salen de la estrella y viajan distancias considerables desde ella. Si el agujero negro hubiera disparado chorros más débiles, o si la estrella era mucho más grande cuando comenzó su colapso, puede que no haya habido un GRB en absoluto.

El descubrimiento ayuda a resolver un enigma de larga data. Si bien los GRB largos deben estar acoplados a las supernovas, Los astrónomos detectan un número mucho mayor de supernovas que GRB largos. Esta discrepancia persiste incluso después de tener en cuenta el hecho de que los chorros GRB deben inclinarse casi en nuestra línea de visión para que los astrónomos los detecten.

Los investigadores concluyen que las estrellas en colapso que producen GRB cortos deben ser casos marginales cuyos chorros a la velocidad de la luz se tambalean al borde del éxito o el fracaso. una conclusión consistente con la noción de que la mayoría de las estrellas masivas mueren sin producir chorros ni GRB en absoluto. Mas ampliamente, este resultado demuestra claramente que la duración de una ráfaga por sí sola no indica de forma única su origen.