El estallido de rayos gamma más brillante ilumina nuestra galaxia como nunca antes

Los rayos X de la explosión iluminaron 20 nubes de polvo en nuestra galaxia, lo que permitió determinar sus distancias y propiedades del polvo con mayor precisión que nunca. Pero queda un misterio. Los restos de la estrella que explotó que produjo el estallido de rayos gamma parecen haber desaparecido sin dejar rastro.

GRB 221009A se informó por primera vez cuando Observatorio Neil Gehrels Swift de la NASA detectó rayos X el 9 de octubre de 2022. La fuente parecía estar ubicada en nuestra Vía Láctea, no lejos del centro galáctico. Sin embargo, más datos de Swift y Telescopio espacial de rayos gamma Fermi de la NASA pronto sugirió que estaba mucho más lejos. Observaciones de la Telescopio muy grande del Observatorio Europeo Austral luego identificó el estallido en una galaxia mucho más distante que estaba detrás de la nuestra.

Al estar mucho más lejos, alrededor de dos mil millones de años luz en lugar de varias decenas de miles, significaba que el GRB tenía que ser excepcionalmente brillante.

“La diferencia entre el típico estallido de rayos gamma y este es casi la misma que la diferencia entre la bombilla de tu sala de estar y los reflectores encendidos en un estadio deportivo”, dice Andrew Levan, de la Universidad de Radbound, Países Bajos. quien usó el NASA/ESA/CSA Telescopio espacial James Webb y el Telescopio espacial Hubble de NASA/ESA para observar el estallido.

Estadísticamente, solo se espera que un GRB tan brillante como GRB 221009A ocurra una vez en muchos miles de años, incluso puede ser el estallido de rayos gamma más brillante desde que comenzó la civilización humana. Por lo tanto, los astrónomos lo llamaron BARCO, el más brillante de todos los tiempos.

“Este ha sido un evento muy revelador. Hemos tenido mucha suerte de presenciarlo”, dice Alicia Rouco Escorial, becaria de investigación de la ESA que estudia los GRB.

Los cálculos muestran que durante los pocos segundos que duró, la explosión depositó alrededor de un gigavatio de energía en la atmósfera superior de la Tierra. Eso es el equivalente a la producción de energía de una central eléctrica terrestre. “Se emitieron tantos rayos gamma y rayos X que excitaron la ionosfera de la Tierra”, dice Erik Kuulkers, científico del proyecto de la ESA para Integraluna de las naves espaciales que detectó el GRB.

Varias otras naves espaciales de la ESA, XMM-Newton, Solar Orbiter, BepiColombo, Gaia y SOHO, también detectaron el GRB o sus efectos en nuestra galaxia. El evento fue tan brillante que incluso hoy en día la radiación residual, conocida como resplandor residual, todavía es visible y lo seguirá siendo durante mucho tiempo. “Veremos el resplandor de este evento en los próximos años”, dice Volodymyr Savchenko, de la Universidad de Ginebra, Suiza, que actualmente analiza los datos de Integral.

Esta gran cantidad de datos de instrumentos completamente diferentes ahora se está reuniendo para comprender cómo tuvo lugar la explosión original y cómo la radiación ha interactuado con otra materia en su viaje por el espacio.

Un área que ya ha arrojado resultados científicos es la forma en que los rayos X han iluminado las nubes de polvo en nuestra galaxia. La radiación viajó a través del espacio intergaláctico durante unos dos mil millones de años antes de penetrar en nuestra galaxia. Luego encontró la primera nube de polvo hace unos 60 000 años y la última hace unos 1000 años.

Cada vez que los rayos X encontraban una nube de polvo, dispersaban parte de la radiación, creando anillos concéntricos que parecían expandirse hacia el exterior. ESA XMM-Newton observó estos anillos durante varios días después del GRB. Las nubes más cercanas produjeron los anillos más grandes simplemente porque parecen más grandes desde la perspectiva.

Andrea Tiengo, Scuola Universitaria Superiore IUSS Pavia, Italia, y un equipo de astrónomos analizaron los datos para obtener la distancia más precisa a cada una de estas nubes de polvo. “La primera nube que golpeó parece estar en el borde mismo de nuestra galaxia, lejos de donde normalmente se observan las nubes de polvo galáctico”, dice Andrea. Luego, el equipo infirió las propiedades de los granos de polvo en las nubes porque los rayos X se dispersan según el tamaño, la forma y la composición del polvo.

A lo largo de los años, los astrónomos han propuesto una serie de propiedades diferentes para los granos de polvo, por lo que Andrea y sus colegas pudieron probarlos con los datos de rayos X. Descubrieron que un modelo reproducía los anillos extremadamente bien. En este modelo, los granos de polvo estaban compuestos principalmente de grafito, una forma cristalina de carbono. También usaron sus datos para reconstruir la emisión de rayos X del propio GRB porque esa señal en particular no fue observada sin rodeos por ningún instrumento.

Pero queda un misterio sobre el objeto que explotó para crear el GRB. Andrew Levan y sus colegas utilizaron los telescopios espaciales Webb y Hubble para buscar las secuelas de la explosión, y no encontraron nada. «Eso es raro», dice, «y no es del todo obvio lo que significa».

Podría ser que la estrella fuera tan masiva que después de la explosión inicial, inmediatamente formó un hueco negro que tragó el material que tradicionalmente haría que la nube gaseosa se conociera como remanente de supernova.

Por lo tanto, queda mucho trabajo de seguimiento por hacer mientras los astrónomos continúan buscando los restos de la estrella que explotó. Una cosa que buscarán son rastros de elementos pesados ​​como el oro, que se cree que se producen en explosiones tan masivas.

Notas para los editores:
Las últimas observaciones de GRB 221009A, incluidas las de XMM-Newton, el telescopio espacial James Webb e Integral, se presentan el 28 de marzo de 2023 durante una rueda de prensa en la 20.ª reunión de la División de Astrofísica de Alta Energía de la Sociedad Astronómica Americana (AAS ) en Hawái, EE. UU. Transmisión en vivo: https://www.youtube.com/c/AASPressOffice

“El poder de los anillos: la emisión de rayos X blandos GRB 221009A desde su halo de dispersión de polvo” por Andrea Tiengo y otros, se publica en Las cartas del diario de astrofísica: https://iopscience.iop.org/collections/apjl-230323-172_Focus-on-the-Ultra-luminous-GRB-221009A

«El primer espectro JWST de un resplandor posterior de GRB: No hay supernova brillante en las observaciones del GRB más brillante de todos los tiempos, GRB 221009A» por Andrew Levan et al., se publica en Las cartas del diario astrofísico: https://iopscience.iop.org/collections/apjl-230323-172_Focus-on-the-Ultra-luminous-GRB-221009A