Los fenómenos más potentes del universo conocido (los estallidos de rayos gamma (GRB, por sus siglas en inglés)) son estallidos de corta duración de la luz de mayor energía. Pueden estallar con un quintillón (un 10 seguido de 18 ceros) de veces la luminosidad de nuestro sol. Ahora se cree que anuncian el nacimiento de nuevos agujeros negros, pero fueron descubiertos por accidente.
La historia de fondo nos lleva a 1963, cuando la Fuerza Aérea de Estados Unidos lanzó los satélites Vela para detectar rayos gamma procedentes de pruebas de armas nucleares prohibidas. Estados Unidos acababa de firmar un tratado con el Reino Unido y la Unión Soviética para prohibir las pruebas dentro de la atmósfera terrestre, y los satélites Vela garantizaban el cumplimiento de todas las partes. En cambio, los satélites tropezaron con 16 eventos de rayos gamma.
En 1973, los científicos pudieron descartar que tanto la Tierra como el Sol fueran las fuentes de estas brillantes erupciones. Fue entonces cuando los astrónomos del Laboratorio Nacional de Los Álamos publicaron el primer artículo anunciando que estas explosiones se originan más allá de nuestro sistema solar.
Los científicos del Centro de Vuelos Espaciales Goddard de la NASA confirmaron rápidamente los resultados a través de un detector de rayos X en el satélite IMP 6. Se necesitarían otras dos décadas y contribuciones del BeppoSax de la Agencia Espacial Italiana y del Observatorio Compton de Rayos Gamma de la NASA para demostrar que estos estallidos ocurren mucho más allá de nuestra galaxia, la Vía Láctea, están distribuidos uniformemente en el cielo y son extraordinariamente poderosos. El GRB más cercano registrado ocurrió a más de 100 millones de años luz de distancia.
Aunque se descubrieron por casualidad, los GRB han demostrado ser invaluables para los investigadores actuales. Estos destellos de luz aportan información valiosa sobre fenómenos como el fin de la vida de estrellas muy masivas o la formación de agujeros negros en galaxias distantes.
Aún así, quedan muchas joyas científicas por descubrir. En 2017, los GRB se vincularon por primera vez con ondas gravitacionales (ondulaciones en el tejido del espacio-tiempo), lo que nos llevó a una mejor comprensión de cómo funcionan estos eventos.
Los astrónomos separan los GRB en dos clases principales:eventos cortos (donde el estallido inicial de rayos gamma dura menos de dos segundos) y eventos largos (que duran dos segundos o más).
Las ráfagas más cortas también producen menos rayos gamma en general, lo que lleva a los investigadores a la hipótesis de que las dos clases se originaron a partir de sistemas progenitores diferentes.
Los astrónomos ahora asocian explosiones cortas con la colisión de dos estrellas de neutrones o de una estrella de neutrones y un agujero negro, lo que da como resultado un agujero negro y una explosión de corta duración. A los GRB cortos a veces les siguen kilonovas, luz producida por la desintegración radiactiva de elementos químicos. Esa descomposición genera elementos aún más pesados, como oro, plata y platino.
Las explosiones prolongadas están relacionadas con la muerte explosiva de estrellas masivas. Cuando una estrella de gran masa se queda sin combustible nuclear, su núcleo colapsa y luego rebota, provocando una onda de choque que atraviesa la estrella. Los astrónomos ven esta explosión como una supernova. El núcleo puede formar una estrella de neutrones o un agujero negro.
En ambas clases, el agujero negro recién nacido emite chorros en direcciones opuestas. Los chorros, formados por partículas aceleradas hasta cerca de la velocidad de la luz, atraviesan el material circundante y eventualmente interactúan con él, emitiendo rayos gamma cuando lo hacen.
Sin embargo, este esquema general no es la última palabra. Cuanto más estudien los astrónomos sobre los GRB, es más probable que encuentren eventos que desafíen las clasificaciones actuales.
En agosto de 2020, el telescopio espacial Fermi de rayos gamma de la NASA rastreó una segunda explosión de duración llamada GRB 200826A, a más de 6 mil millones de años luz de distancia. Debería haber entrado en la clase de ráfaga corta, provocada por fusiones de objetos compactos.
Sin embargo, otras características de este evento, como la supernova que creó, sugirieron que se originó a partir del colapso de una estrella masiva. Los astrónomos creen que esta explosión pudo haberse extinguido antes de que pudiera alcanzar la duración típica de las explosiones largas.
Fermi y el Observatorio Swift Neil Gehrels de la NASA capturaron su homólogo, GRB 211211A, en diciembre de 2021. Ubicada a mil millones de años luz de distancia, la explosión duró aproximadamente un minuto. Si bien esto lo convierte en un GRB largo, fue seguido por una kilonova, lo que sugiere que fue provocado por una fusión. Algunos investigadores atribuyen las rarezas de esta explosión a una estrella de neutrones que se fusiona con un agujero negro asociado.
A medida que los astrónomos descubren más explosiones que duran varias horas, es posible que todavía haya una nueva clase en ciernes:los GRB ultralargos. La energía creada por la muerte de una estrella de gran masa probablemente no pueda sostener una explosión durante tanto tiempo, por lo que los científicos deben buscar orígenes diferentes.
Algunos piensan que se producen explosiones ultralargas a partir de magnetares recién nacidos:estrellas de neutrones con velocidades de rotación rápidas y campos magnéticos mil veces más fuertes que el promedio. Otros dicen que esta nueva clase requiere el poder de los residentes estelares más grandes del universo, las supergigantes azules. Los investigadores continúan explorando GRB ultralargos.
Si bien los rayos gamma son la forma de luz más energética, ciertamente no son los más fáciles de detectar. Nuestros ojos ven sólo una estrecha banda del espectro electromagnético. El estudio de cualquier luz fuera de ese rango, como los rayos gamma, depende estrechamente de los instrumentos que desarrollen nuestros científicos e ingenieros. Esta necesidad de tecnología, junto con la naturaleza ya fugaz de los GRB, hizo que las ráfagas fueran más difíciles de estudiar en los primeros años.
Los resplandores de GRB se producen cuando el material de los chorros interactúa con el gas circundante.
Los resplandores emiten luz de radio, infrarroja, óptica, ultravioleta, rayos X y rayos gamma, lo que proporciona más datos sobre la explosión original. Los resplandores también persisten durante horas o días (o incluso años) más que su explosión inicial, lo que crea más oportunidades de descubrimiento.
El estudio de los resplandores se convirtió en clave para deducir las fuerzas impulsoras detrás de diferentes explosiones. En ráfagas largas, a medida que el resplandor se atenúa, los científicos finalmente ven que la fuente vuelve a brillar a medida que la supernova subyacente se vuelve detectable.
Aunque la luz es el viajero más rápido del universo, no puede llegar hasta nosotros instantáneamente. Para cuando detectemos una explosión, es posible que hayan transcurrido millones o miles de millones de años, lo que nos permitirá sondear parte del universo primitivo a través de resplandores distantes.
A pesar de la extensa investigación realizada hasta ahora, nuestra comprensión de los PSG está lejos de ser completa. Cada nuevo descubrimiento añade nuevas facetas a los modelos de explosiones de rayos gamma de los científicos.
Fermi y Swift descubrieron uno de estos eventos revolucionarios en 2022 con GRB 221009A, una explosión tan brillante que cegó temporalmente a la mayoría de los instrumentos de rayos gamma espaciales. Se predice que un GRB de esta magnitud ocurrirá una vez cada 10.000 años, lo que lo convierte probablemente en el evento de mayor luminosidad presenciado por la civilización humana. En consecuencia, los astrónomos lo denominaron el más brillante de todos los tiempos, o el BARCO.
Esta es una de las explosiones largas más cercanas jamás vistas en el momento de su descubrimiento, y ofrece a los científicos una mirada más cercana al funcionamiento interno no solo de los GRB, sino también de la estructura de la Vía Láctea. Al mirar dentro del BOAT, descubrieron ondas de radio que faltaban en otros modelos y rastrearon reflejos de rayos X para mapear las nubes de polvo ocultas de nuestra galaxia.
