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Los telescopios de ESO observan destellos esquivos que arrojan luz sobre las colisiones cósmicas, desentrañando un secreto de décadas.

Todo comenzó como una película de James Bond. Durante la década de 1960, en el medio de la guerra fría, los EE.UU. lanzaron una serie de satélites sensibles a la radiación gamma (1) para monitorear el cumplimiento del Tratado de Prohibición de Pruebas Nucleares.

ESO PR Foto 32a/05: Primera luz visible de un GRB cortoAquí se muestra la primera imagen en luz visible (en este caso, más precisamente en la así llamada banda-R) de un estallido corto de rayos gamma. La imagen fue tomada con el telescopio danés de 1,5 metros y la cámara DFOSC en La Silla el 11 de julio de 2005. Muestra que el GRB está situado en el borde de una galaxia con bajo corrimiento al rojo.

No se detectaron explosiones en la atmósfera terrestre. Pero, en cambio, se observaron unos misteriosos destellos de rayos gamma que parecían provenir de más allá del sistema solar.

Por supuesto, esta información era un secreto militar, y no fue hasta 1973 que se pudo anunciar el descubrimiento de estas enigmáticas explosiones. Desdichadamente, los primeros detectores de rayos gamma no podían localizar con precisión su fuente en el cielo, lo que llevó a una larga controversia sobre sus orígenes.

Sin embargo, a lo largo de los últimos años se ha hecho posible localizar los sitios de algunos de estos eventos (por ejemplo, con el Observatorio Compton de Rayos Gamma o el satélite Beppo-Sax) y desde comienzos de 1977 los astrónomos han identificado decenas de fuentes ópticas en el cielo que están asociadas con los estallidos de rayos gamma.

Se descubrió que estaban localizados a distancias extremadamente grandes (es decir, “cosmológicas”). Recientemente se ha encontrado que los más lejanos presentan corrimientos al rojo de 6,3 (2), lo que indica que se los ve como eran cuando el universo tenía menos de 900 millones de años de edad (ver en Astroseti ESO Press Release 22/05: Un quásar sin hogar. Esto implica que la energía liberada durante un estallido de rayos gamma de unos pocos segundos es mayor que la producida por el Sol a lo largo de toda su vida (unos diez mil millones de años).

Además del mismo Big Bang, los “estallidos de rayos gamma” o GRBs (por sus iniciales en inglés = Gamma Ray Bursts) son, de hecho y por lejos, los eventos más poderosos que se conocen en el universo.

Los largos y los cortos

El tesoro de observaciones de GRBs ha revelado que vienen en dos sabores diferentes: los largos (que duran más de dos segundos) y los cortos. La diferencia entre ambos no es únicamente de duración; los estallidos cortos consisten en fotones de energía más alta. Por lo tanto, debe inferirse que los orígenes físicos de los dos tipos son diferentes.

A lo largo de los últimos años, un gran esfuerzo internacional ha demostrado convincentemente que los estallidos de rayos gamma están relacionados con las explosiones finales de estrellas masivas (hipernovas), en particular con la primera detección de un post-resplandor óptico lograda por Jan van Paradjis.

Una prueba vital fue lograda con la ayuda de telescopios ESO en 2003 (ESO PR 16/03). El 29 de marzo de 2003 el satélite Explorador Transitorio de Alta Energía II (HETE II = High Energy Transient Explorer II) de la NASA detectó un estallido de rayos gamma muy brillante. Luego de la identificación de un “post-resplandor óptico” lograda por un telescopio de 40 pulgadas del Observatorio de Siding Spring (Australia), un espectro de alta dispersión obtenido con el espectrógrafo UVES en el telescopio VLT Kueyen de 8,2 metros en el Observatorio de ESO Paranal (Chile) permitió medir su distancia de unos 2 650 millones de años luz.

Éste fue el GRB normal más cercano jamás detectado y, utilizando otros dos instrumentos poderosos del Telescopio Muy Grande (VLT = Very Large Telescope), los instrumentos multi-modo FORS1 y FORS2, los astrónomos obtuvieron, a lo largo de un mes, los espectros del objeto que se iba desvaneciendo.

Los científicos observaron con el tiempo la gradual “emergencia” de un espectro tipo supernova, que revelaba la violenta explosión de una estrella. Con velocidades que excedían en mucho los 30 000 km/s (es decir, más de un décimo de la velocidad de la luz), el material eyectado se movía en tiempo récord, lo que testificaba el enorme poder de la explosión. Este conjunto de datos proporcionó evidencia irrefutable de una conexión directa entre los GRBs y las explosiones “hipernova” de estrellas muy masivas y evolucionadas.

Un avance histórico

“El avance en nuestra comprensión acerca de los GRBs de larga duración, que los relacionó finalmente con la energética explosión de una estrella masiva al colapsar en un agujero negro, provino del descubrimiento de sus resplandores de larga vida ópticos y de rayos-X”, dice Jens Hjorth (Centro de Cosmología Oscura, Instituto Niels Bohr, Universidad de Copenhague, Dinamarca). “Los GRBs de corta duración evadieron la detección óptica durante más de 30 años”, agrega.

ESO PR Foto Foto 32b/05: Variabilidad de GRB 050709Esta foto nos muestra dos imágenes tomadas con el telescopio de 1,5 metros en La Silla del post-resplandor del estallido corto de rayos gamma. El panel “a” es la imagen tomada el 11 de julio, mientras que el panel “b” muestra el mismo campo una semana después, el 18 de julio. Ahora, únicamente es visible la galaxia; el post-resplandor se ha desvanecido en el lapso de una semana. El panel “c” muestra la diferencia entre los paneles “a” y “b”, revelando claramente la luz visible del GRB corto.

A diferencia de los GRBs largos, de hecho no se logró ninguna detección de post-resplandores, ni de rayos-X ni ópticos”, para los GRBs cortos. Por lo tanto, no fue posible conocer en qué ambiente se formaban ni estudiar su curva de luz o su espectro para caracterizarlos. Es decir, no hasta hace muy poco.

El 9 de mayo de 2005, el satélite Swift de NASA /ASI/ PPARC detectó un estallido de rayos gamma de 40 milisegundos de duración. Observaciones posteriores con el detector de rayos-X a bordo del satélite detectaron un post-resplandor en rayos X de un estallido corto por primera vez. Gracias a éso, su posición pudo ser determinada con una precisión mayor a 10 arcosegundos, permitiendo a los astrónomos (3) apuntar el Telescopio Muy Grande de ESO hacia él y tomar imágenes con el FORS2.

Se descubrió que el estallido, denominado GRB 050509B, se encontraba muy cerca una galaxia elíptica muy luminosa que no está formando estrellas, que se encuentra a 2 700 millones de años luz (corrimiento al rojo 0,225) y que pertenece a un racimo de galaxias. Basados en la improbabilidad de una alineación fortuita entre GRB 050509B y dicha galaxia, se sostiene que esta galaxia es el hogar del estallido. Esto, explican los astrónomos, hace difícil que se pueda invocar el modelo hipernova. De hecho, es altamente improbable que se encuentre en esta galaxia una supernova que haya colapsado su núcleo.

Por otro lado, el otro modelo importante, la fusión de dos estrellas neutrónicas (4) pertenecientes a un sistema binario, parece el más probable. De hecho, se sabe que esta galaxia alberga muchas binarias cercanas con estrellas compactas.

Para asegurarse de que se podía descartar el modelo hipernova, Jens Hjorth y su equipo realizaron más observaciones, hasta tres semanas más tarde del estallido, con los instrumentos FORS1 y FORS2. Con estas observaciones, los astrónomos confían en que aún la supernova más débil debería haber sido detectada. Pero no se encontró ninguna.

Otra “primera vez”

Y como sucede a veces, unos pocos meses después los astrónomos tuvieron la oportunidad de estudiar otro post-resplandor de un estallido corto; y esta vez, en forma óptica.

En la noche del 9 al 10 de julio de 2005, el satélite HETE 2 de la NASA detectó un estallido de 70 milisegundos de duración y pudo, basado en la detección de rayos-X, ubicar precisamente su posición. Treinta y tres horas más tarde, Jens Hjorth y su equipo obtuvieron imágenes de esta región del cielo utilizando el telescopio danés de 1,5 metros en La Silla. Las imágenes mostraban la presencia de una fuente que disminuía en luminosidad, ubicada en el borde una de galaxia que era muy probablemente el hogar del estallido.

“Por lo tanto, habíamos descubierto el primer resplandor post-óptico de un estallido corto de rayos gamma”, dice el co-autor Kristian Pedersen, también del Centro de Cosmología Oscura de la Universidad de Copenhague.

El estallido, bautizado como GRB 050709, se encuentra a 11 000 años luz del centro de una galaxia enana de formación estelar que se encuentra a unos 2 000 millones de años luz de distancia y que es bastante joven: unos 400 millones de años de edad.

ESO PR Foto Foto 32c/05: El escenario de fusiónEstos son fotogramas de una animación donde dos estrellas neutrónicas giran una alrededor de la otra y gradualmente son atraías mutuamente hasta juntarse. El resultado final es una explosión gigantesca donde se emiten dos chorros. Si uno de esos chorros apunta hacia la Tierra observamos un estallido corto de rayos gamma.Crédito: Dark Cosmology Centre, Niels Bohr Institute, University of Copenhagen/Jan Rasmussen DRC)

A partir de observaciones realizadas unos 20 días después del estallido, los astrónomos pueden descartar la ocurrencia de una hipernova energética, tal como se encuentra en la mayoría de los estallidos largos de radiación gamma. Esto da más crédito a la hipótesis de que los GRBs cortos son la consecuencia de la fusión de dos estrellas muy compactas.

“Resulta sorprendente el que los dos estallidos cortos pudieran finalmente ser localizados en dos ambientes bastante diferentes”, dice Jesper Sollerman, un miembro del equipo del Observatorio de Estocolmo (Suecia).

“Pero con una muestra de solo dos eventos”, enfatiza Jens Hjorth, “sería prudente no sacar conclusiones definitivas en esta etapa sobre los progenitores de los estallidos cortos de rayos gamma”.

Es posible que Hjorth y sus colegas sean cautos, pero los astrónomos no pueden menos que maravillarse ante este nuevo capítulo de la astronomía que acaba de abrirse.

Más información

Algunos de los resultados descritos en este Comunicado de Prensa aparecen en el número del 6 de octubre de la revista Nature ("The optical afterglow of the short gamma-ray burst GRB 050709", por J. Hjorth et al., y "A short gamma-ray burst apparently associated with an elliptical galaxy" por N. Gehrels et al.). Otros resultados ya están en prensa o publicados: "GRB 050059B: Constraints on short gamma-ray burst models" por J. Hjorth et al. (Astrophysical Journal Letters vol. 630, p. 117) y "The host galaxy cluster of the short gamma-ray burst GBR 050509B" por K. Pedersen et al., aparecerán en Astrophysical Journal Letters.

El comunicado de prensa producido por el Centro de Cosmología Oscura está disponible en http://www.astro.ku.dk/dark. La página web de Swift, del cual se obtuvo la información histórica, está en http://swift.sonoma.edu/about_swift/grbs.html.

El Comunicado de prensa asociado se encuentra aquí: Abundancia de galaxias en el universo joven .

NOTAS:

1).- La radiación gamma y los rayos-X son una radiación electromagnética como la luz visible, las radioondas y la luz ultravioleta. Estas radiaciones electromagnéticas difieren únicamente en la cantidad de energía que poseen. Los rayos gamma y los rayos-X son las más energéticas de ellas.

2).- En astronomía, el corrimiento hacia el rojo denota la fracción por la cual las líneas del espectro de un objeto se desplazan hacia longitudes de onda más largas. El corrimiento hacia el rojo observado en una galaxia remota proporciona una estimación de su distancia.

3).- El equipo detrás del descubrimiento del post-resplandor óptico de GRB050709 es liderado por Jens Hjorth (Centro de Cosmología Oscura, DARK, Instituto Niels Bohr, Universidad de Copenhague) e incluye a Darach Watson (DARK), Johan P. U. Fynbo (DARK), Paul A. Price (Instituto de Astronomía, Universidad de Hawai), Brian L. Jensen (DARK), Uffe G. Joergensen (DARK), Daniel Kubas (ESO, Santiago), Javier Gorosabel (Instituto de Astrofisica de Andalucía), Pàll Jakobsson (DARK), Jesper Sollerman (DARK y Departamento de Astronomía, Universidad de Estocolmo), Kristian Pedersen (DARK), y Chryssa Kouveliotou (NASA/ Centro Marshall de Vuelo Espacial). El equipo es parte de la Colaboración Post-resplandor de Estallidos de Rayos Gamma en ESO (GRACE = Gamma-Ray burst Afterglow Collaboration at ESO) que se encuentra llevando a cabo estudios sobre los post-resplandores de estallidos de rayos gamma.

4).- Una estrella neutrónica es como un gran átomo con un diámetro de 10 a 20 kilómetros, y con una masa similar a la del Sol. Así, un trozo de material de estrella neutrónica del tamaño de una cabeza de alfiler (1 milímetro de diámetro) pesaría casi un millón de toneladas, o sea algo así como el mayor buque petrolero jamás construido y con su carga completa.

Observatorio de ESO en La Silla, desierto de Atacama, Chile.Crédito: ESO / La Silla

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Traducido para Astroseti.org por
Heber Rizzo Baladán

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Web Site: ESO Press Release 26/05
Artículo: “Flashes Shed Light on Cosmic Clashes”
Fecha: Octubre 06, 2005

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