Un tipo nuevo de muerte estelar

Las explosiones de rayos gamma (conocidas como GRB por las siglas de su nombre en inglés, gamma-ray bursts) son destellos breves e intensos de radiación gamma que se producen al azar en cualquier lugar del firmamento. Se los relaciona con varios procesos ligados a sucesos catastróficos en las estrellas. La duración de las emisiones de radiación gamma van desde unos cuantos milisegundos hasta media hora o más. Son tan energéticos que se pueden detectar a distancias de miles de millones de años-luz. La atmósfera de la Tierra es opaca a los rayos gamma, de modo que los GRB solo se pueden captar gracias a detectores embarcados en aparatos espaciales como el satélite Swift de la NASA. En cuanto Swift localiza un GRB, reacciona y distribuye las coordenadas (sobre todo a través de Internet) a grupos de investigación de todo el mundo, que así tienen la oportunidad de seguir estos sucesos explosivos por medio de telescopios situados en el suelo. Las observaciones realizadas de esta manera han mostrado que los GRB van seguidos de una emisión de luz visible e infrarroja que se suele denominar afterglow, es decir, «resplandor ulterior», y que se explica como radiación sincrotrón: se trata de luz procedente de partículas con carga eléctrica, sumidas en campos magnéticos potentes y que se desplazan con velocidades ultra-rápidas, relativistas (por encima del 99% de la velocidad de la luz).

En el día de navidad de 2010 se produjo un GRB muy especial, GRB101225A, apodado «la Explosión de Navidad». Duró más de 2000 segundos, mucho más largo que la mayoría de los GRB observado s con anterioridad. Su emisión de baja energía (es decir, toda la radiación medida por debajo del intervalo de los rayos gamma) estuvo dominada por una destacada componente térmica caliente, con un espectro clásico de cuerpo negro, que se fue enfriando paulatinamente. Esto significa que la causa principal del resplandor ulterior fue, en este evento, el calor, en contraste con todos los GRB observados hasta ahora, dominados por radiación sincrotrón.

Un grupo de investigación internacional liderado por Christina Thöne y Antonio de Ugarte Postigo, del Instituto de Astrofísica de Andalucía (IAA-CSIC, Granada, España) acaba de publicar un artículo sobre GRB101225A en la revista Nature, en el que se analiza la física de esta explosión inusual. Basándose en un conjunto de observaciones muy amplio, obtenidas tanto desde el espacio como desde el suelo, proponen un guion nuevo para explicar este fenómeno cataclísimico exótico. Hasta ahora había dos mecanismos para explicar los GRB, el modelo del colápsar y el de la coalescencia de binarias compactas, que se ajustaban a los GRB con duración de más o de menos de dos segundos, respectivamente (los llamados GRB «largos» y «cortos»). De acuerdo con esta investigación reciente, las características peculiares de GRB101225A requieren un tercer modelo, totalmente diferente.

La colaboración involucra a investigadores de todo el mundo y propone que GRB101225A es el resultado de la coalescencia de una estrella de neutrones con una estrella gigante evolucionada que consume hidrógeno en su núcleo, un sistema situado a una distancia de unos 5500 millones de años-luz (desplazamiento al rojo z ~ 0.3). Este sistema binario exótico atravesó una fase de envoltura común cuando la estrella de neutrones se adentró en la atmósfera de la otra estrella, y durante la cual se expulsó la mayor parte del hidrógeno de la estrella de helio. Más tarde, cuando la estrella de neutrones y la gigante se fusionaron, la explosión produjo un chorro semejante a los que se generan en los GRB normales, pero que se termalizó por la interacción con la envoltura común preexistente. Esta interacción dio luego lugar al espectro observado, poco frecuente, de tipo de cuerpo negro dominado por radiación generada por material caliente.

Las observaciones efectuadas con el reflector Zeiss de 1.23m de Calare Alto (Almería, España), realizadas aproximadamente un día tras la explosión, se encuentran entre las primeras que mostraban la luz ligada al GRB, y fueron esenciales para constatar que GRB101225A implicaba un tipo nuevo de muerte estelar. Las observaciones en las bandas VRI hechas con este telescopio revelaron colores atípicos para un GRB estándar, con un perfil espectral que no se podía explicar como emisión sincrotrón. La imagen muestra la fuente de luz visible correspondiente a GRB101225A detectada por el telescopio de 1.23 m. Obsérvese la tonalidad azulada de la emisión (señalada con una flecha), consistente con una fuente térmica a una temperatura de alrededor de 21000 K, que luego se fue enfriando hasta uno 5000 K. En contraste con los GRB normales, en los que el material se expulsa con velocidades altísimas, el flujo de GRB101225A detectado por el telescopio de 1.23 m de CAHA era solo «suavemente» relativista, con una velocidad de expansión por debajo de un 25% de la velocidad de la luz. Aun así, ¡esto significa más de 70 000 km/h!

El carácter no relativista del flujo, unido a la densidad del entorno (que frena el material expulsado a grandes velocidades por la explosión), hace difícil detectar estos eventos exóticos a distancias extremas, lo que sí es viable para los GRB estándar, ultra-relativistas. Esto podría explicar por qué este tipo nuevo de muerte estelar no se había observado hasta ahora.

Hay muchos más secretos ocultos en el mundo de las fuentes explosivas de rayos gamma. Profundizar en este campo tan innovador de la astrofísica moderna requiere una coordinación estrecha entre varios observatorios situados en el suelo y que trabajen integrados en una red de respuesta rápida con instrumentos espaciales, todo lo cual implica una colaboración de ámbito mundial entre grupos de investigación. Los telescopios de Calar Alto seguirán tomando parte en este reto.

© Observatorio de Calar Alto, noviembre 2011                                                   Esta dirección de correo electrónico está siendo protegida contra los robots de spam. Necesita tener JavaScript habilitado para poder verlo.