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Esta impresión artística muestra una kilonova producida por la colisión de dos estrellas de neutrones. Mientras estudiaban las secuelas de una larga explosión de rayos gamma (GRB), dos equipos independientes de astrónomos que utilizan una serie de telescopios en el espacio y en la Tierra, incluyendo el telescopio Gemini Norte en Hawai y el telescopio Gemini Sur en Chile, han descubierto las características inesperadas de una kilonova, la colosal explosión desencadenada por la colisión de estrellas de neutrones. Crédito: NOIRLab/NSF/AURA/J. da Silva/Spaceengine
Los estallidos de rayos gamma (GRB) son de dos tipos: largos y cortos. Los GRB largos, que duran entre un par de segundos y un minuto, se forman cuando una estrella de al menos 10 veces la masa de nuestro Sol explota como supernova. Los GRB cortos, que duran menos de dos segundos, se producen cuando dos objetos compactos, como dos estrellas de neutrones o una estrella de neutrones y un agujero negro, colisionan para formar una kilonova. Mientras observaban las secuelas de GRB 211211A, un GRB largo detectado en 2021, dos equipos independientes de astrónomos encontraron los sorprendentes signos de una fusión de estrellas de neutrones en lugar de la señal esperada de una supernova. Este sorprendente resultado marca la primera vez que una kilonova se asocia a un GRB largo y desafía la comprensión actual de estas potentes explosiones.
Los GRBs de larga duración (más de dos segundos) suelen asociarse a supernovas, mientras que los GRBs de corta duración (menos de dos segundos) suelen asociarse a kilonovas y fusiones de estrellas de neutrones.
"Los astrónomos han creído durante mucho tiempo que los estallidos de rayos gamma se dividían en dos categorías: estallidos de larga duración debidos a la implosión de estrellas y estallidos de corta duración debidos a la fusión de objetos estelares compactos", explica Chris Fryer, astrofísico del Laboratorio Nacional de Los Álamos.
"Pero en un evento observado recientemente, hemos encontrado una kilonova junto con un estallido de rayos gamma de larga duración, y eso ha echado por tierra esta simple imagen".
El 11 de diciembre de 2021, varios observatorios y satélites -como el Observatorio Gemini Norte, el Observatorio Neil Gehrels Swift de la NASA y el Telescopio Espacial de Rayos Gamma Fermi- registraron un estallido de rayos gamma muy brillante de 50 segundos y emisiones ópticas, infrarrojas y de rayos X asociadas al evento.
Bautizado como GRB 211211A, este largo GRB se encontraba relativamente cerca -a unos 350 megaparsecs (1.100 millones de años-luz) de distancia, en una galaxia distinta de la Vía Láctea-, pero sus características de emisión no se ajustaban al perfil de los eventos de estallido largo.
En su lugar, las pruebas apuntaban a una fusión de objetos compactos en un suceso híbrido teórico, pero no observado hasta entonces, que produce una kilonova pero emite una explosión de rayos gamma de larga duración.
Esta imagen de Gemini Norte, superpuesta a otra tomada con el telescopio espacial Hubble, muestra el delator resplandor en el infrarrojo cercano de una kilonova producida por un GRB largo (GRB 211211A). Este descubrimiento desafía la teoría predominante de que los GRB largos proceden exclusivamente de supernovas, las explosiones al final de la vida de estrellas masivas. Créditos: International Gemini Observatory/NOIRLab/NSF/AURA/M. Zamani; NASA/ESA
"Los astrónomos suelen investigar los GRB cortos cuando buscan kilonovas", explica Jillian Rastinejad, estudiante de doctorado de la Universidad Northwestern.
"Nos atrajo este estallido de mayor duración porque estaba tan cerca que podíamos estudiarlo en detalle. Además, sus rayos gamma se parecían a los de una misteriosa supernova anterior, un GRB menos largo".
"Nuestro equipo de modelización comparó la observación con un conjunto de simulaciones de supernovas y kilonovas, y no pudimos hacer coincidir de forma convincente la señal con un modelo de supernova, mientras que varios modelos de kilonova dan una buena coincidencia de los puntos de datos ópticos e infrarrojos", dijo el Dr. Ryan Wollaeger, también del Laboratorio Nacional de Los Álamos.
"Sin embargo, aún queda más modelado teórico por hacer para entender completamente este transitorio".
"Esta detección rompe nuestra idea estándar de los estallidos de rayos gamma", dijo la Dra. Eve Chase, también del Laboratorio Nacional de Los Álamos.
"Ya no podemos suponer que todos los estallidos de corta duración proceden de fusiones de estrellas de neutrones, mientras que los de larga duración proceden de supernovas".
"Ahora nos damos cuenta de que los estallidos de rayos gamma son mucho más difíciles de clasificar. Esta detección lleva al límite nuestra comprensión de los estallidos de rayos gamma".
Fuentes, créditos y referencias:
E. Troja et al. 2022. A nearby long gamma-ray burst from a merger of compact objects. Nature, in press; doi: 10.1038/s41586-022-05327-3
Fuente: Universidad de Northwestern, SciNews