Una de las teorías principales para explicar las explosiones de rayos gamma es “collapsar” (colapso estelar), una supernova que se colapsa o fracasa. Una estrella muy masiva comienza a explotar como supernova tras haber consumido todo su combustible nuclear, pero la atmósfera exterior es demasiado masiva como para saltar por los aires, con lo que la explosión fracasa y la estrella se colapsa y forma chorros de materia que escapan a través de los polos y rasga la estrella en dos partes. Los sucesos del núcleo tienen un tamaño comparable a nuestra Tierra. Para más detalles, véase el relato (enlace a Una explosión de rayos gamma vista en primera fila, abajo) del 5 simposio de explosiones de rayos gamma, en Huntsville. Créditos: Stan Woosley, Universidad de California, Santa Cruz.

La astronomía está finalizando el año de golpe ya que los científicos de todo el mundo están sacando provecho de una pequeña parte del trabajo de un equipo de NASA que ha localizado rápidamente una explosión de rayos gamma, uno de los sucesos más violentos del Universo.

Como resultado, algunos de los más importantes observatorios, incluyendo el Observatorio de rayos X Chandra, lograron situarse en posición en unas horas o días y descubrir las manifestaciones de dicha explosión en rayos X, luz visible y ondas de radio. Un astrónomo ha bautizado el estallido como Beethoven, porque ocurrió en el aniversario del nacimiento del compositor (16 de diciembre de 1770). Su nombre oficial es GRB 991216.

“Este es el primer suceso importante en los tres años del programa de uso de instrumentos en dos satélites de la NASA para localizar con rapidez una explosión”, ha explicado el Dr. Marc Kippen. El Dr. Kippen es un astrofísico de la Universidad de Alabama, en Huntsville, y trabaja en el Centro Marshall de Vuelos Espaciales de la NASA. Forma parte del equipo del centro Marshall de la NASA BATSE (Burst and Transient Source Experiment; Experimento sobre explosiones y fuentes transitorias).

BATSE, uno de los cuatro instrumentos a bordo del Observatorio de Rayos gamma Compton, es normalmente el primer (y a veces el único) instrumento en detectar un estallido de rayos gamma. Los ocho módulos detectores de BATSE están apuntados desde cada esquina del observatorio Compton, por tanto pueden captar cualquier cosa que suceda por encima del horizonte terrestre.

(El ROTSE; Robotic Optical Transient Search Experiment; Experimento de Búsqueda Robotizada de Sucesos Transitorios Ópticos; que captó la explosión GRB 990123, estaba en la zona de luz diurna, y por tanto fue incapaz de detectar esta explosión).

El precio que hay que pagar por esa capacidad de controlar todo el cielo es una reducción en la precisión para determinar la localización de un estallido. Con un ligero tratamiento los datos del BATSE se pueden usar para localizar una explosión dentro de un círculo de 4 grados de diámetro, más o menos ocho veces la anchura aparente de la Luna. Esta resolución está todavía muy lejos de la de la mayoría de los telescopios, cuya alta potencia implica un campo de visión muy estrecho.

Ahora, la bola premiada ha sido extraída por el Rossi X-ray Timing Explorer (Explorador Programable de rayos X Rossi), operado por el NASA’s Goddard Space Flight Center (Centro de vuelos espaciales Goddard, de la NASA). El Rossi no tiene instrumentos productores de imágenes. Su sensible Batería de Conteo Proporcional tiene un campo de visión de 1 grado, lo cual es demasiado amplio para la mayoría de los telescopios. Pero se le puede usar para producir imágenes, aunque sean un poco toscas.|

“Lo que hacen es un escaneado de una región”, explicó Kippen. “Es parecido al barrido del rayo de electrones a lo largo de la pantalla de un televisor. Hacia abajo, vuelve a través, hacia abajo otra vez, y así…” .

“Hemos hecho más o menos 25 explosiones en los lugares cuya localización habíamos obtenido con BATSE, y los envíamos a Rossi. Estuvieron mucho tiempo tratando frenéticamente de reprogramar la nave para hacer este escaneo”, continuó. Reprogramar un satélite puede tomar varias horas. Al igual que Beethoven, fueron afortunados.

“Pudieron hacerlo en cuatro horas”, dijo Kippen. Detectaron la fuente en los primeros cuatro escaneos, y resultó que la fuente se veía en dos de esos escaneos”.

La caza comenzó con un “petardeo” de baja intensidad, al que siguió, 20 minutos más tarde una intensa explosión de radiación gamma. El “petardeo” fue un flash de radiación con la potencia justa como para activar el sistema de alerta de BATSE. Un 20 por ciento de las explosiones son precedidas por una pequeña explosión que ocurre entre unos pocos segundos y varios minutos antes de la explosión principal. Nadie sabe bien por qué. Enlace a 730x478-pixel, 10KB GIF. Créditos: Equipo BATSE, NASA/Marshall Space Flight Center (Centro de vuelos espaciales Marshall, de la NASA).

Esto llevó la localización a un margen mucho más pequeño, de un tamaño de 0.04 por 0.3 grados. Otro escaneado realizado 10 horas más tarde situó este margen en el ángulo derecho de la localización, concretándolo ahora a 0.04 por 0.08 grados.

“En ese momento, usando la localización de Rossi, los telescopios con un tamaño adecuado comenzaron sus observaciones”, explicó Kippen. “Los intentos del principio no consiguieron detectarla”, al usar los datos de las imágenes toscas. Pero los que se efectuaron usando las imágenes refinadas de BATSE y Rossi si lo consiguieron.

La explosión está en 77.38 ascensión derecha y 11.30 de declinación. El primer observatorio que detectó el destello óptico fue el MDM (Universidad de Michigan, Darthmouth College, Massachusetts Institute of Technology, Columbia University observatory at Kitt Peak, Ariz.), el cual registró rápidamente una fuente con una magnitud que se debilitaba poco a poco de 18.7. Desde ese momento, algunos observatorios han apuntado a la explosión y han registrado un brillo residual que decrece regularmente.

“Incluso hay una fuente de radio que coincide con las fuentes de rayos X y las ópticas”, ha explicado Kippen. “Podría decirse que han encontrado algo en prácticamente todas las frecuencias en las que han buscado”.

También el Observatorio de rayos X Chandra ha captado los débiles rescoldos de la explosión cuatro días después del suceso, simplemente con un ligero retoque en la programación de una instalación tan compleja.

“Es una elección excelente para la primera observación GRB de Chandra”, afirmó Kippen. “Podemos garantizar que será estudiado con todo detalle”.

Aunque para una comprensión detallada del fenómeno tendremos que esperar a que se realicen y se publiquen más estudios, ya se han publicado en algunos boletines de astronomía algunos resultados preliminares. Un cálculo aproximado partiendo del corrimiento al rojo de la explosión la sitúa a más de 10 mil millones de años luz de distancia, más o menos 2 mil millones de años después del Big Bang.

“Es extraordinario que un estallido tan brillante tenga un Z de 1”, dijo Kippen, refiriéndose a la medida del corrimiento al rojo. Un corrimiento al rojo de Z = 1 indica que la explosión ha sido desplazada hacia el rojo con un factor de 2 (1+z) debido a la expansión cosmológica del Universo.

Detectar la localización de explosiones de rayos gamma tiene mucho de tarea detectivesca. El círculo azul representa el área en la que BATSE indicó que debería estar la explosión. Cuanto más grande es el círculo más grande es la probabilidad de que la explosión está incluida en él. La línea diagonal representa el arco celeste que se obtiene relacionando los diferentes tiempos de llegada tal y como se registran en BATSE y en ingenios espaciales que disponen de pequeños detectores. Finalmente, Rossi buscó dentro de la estrecha franja superpuesta y encontró rápidamente la fuente de la explosión. Enlace a 496x382-pixel, 10KB GIF.

Las observaciones coordinadas (que garantizan un gran conjunto de datos), bastan por sí mismas para producir una serie de documentos profesionales sobre GRB 991216. Además, la explosión se sitúa como la segunda más brillante registrada por BATSE. No es que sonara una alarma, sino que sonaron las ocho a la vez.

“Cuando se tiene una intensidad muy alta, algunos fotones “gotean” por la parte posterior del detector”, explicó Kippen. “En sucesos muy brillantes este efecto lo ilumina todo”.

Los Main Large Area Detectors (Detectores Principales de Área Amplia) o LADs son grandes hojas de cristal sencillo de yoduro de sodio. Los rayos gamma que los atraviesan hacen que los cristales destelleen. Esta luz es captada por unos sensores especiales situados en el otro extremo del contenedor que alberga el cristal.

Normalmente, sólo tres o cuatro detectores BATSE consiguen captar una detonación. Un detector situado justo de cara a la explosión la verá en su aspecto más brillante, y los situados en ángulo la verán más débilmente. Los científicos pueden determinar la posición aproximada en el cielo aplicando sencillos procedimientos trigonométricos.

En el caso de GRB 991216, los ocho detectores fueron alcanzados (hay algunos métodos para determinar qué lado es el iluminado, de manera que no haya confusión acerca de la dirección) debido a que la radiación era lo suficientemente potente como para atravesar el ingenio espacial.

El más brillante detectado por BATSE, el 24 de septiembre de 1996 (GRB 960924), fue sólo dos veces más brillante que Beethoven. El segundo clasificado anterior era la “Explosión Superbowl”, que tuvo lugar el 31 de enero de 1993. Los científicos de BATSE estaban viendo la Superbowl cuando sus “buscas” empezaron a sonar como locos alertados por los ordenadores del centro de control de BATSE.

Desde entonces el sistema de alertas ha sido mejorado, de modo que los avisos se envían automáticamente, y así se acelera el proceso de mantener informados a los observatorios, y crecen las oportunidades de detectar la explosión en el acto con más instrumentos que BATSE.