El día de Navidad de 2010 ocurrió un inusual estallido de rayos gamma. Ahora, dos grupos de investigadores plantean en Nature dos teorías para explicar el fenómeno. Un equipo español sugiere que se produjo por la fusión de una estrella de neutrones con otra gigante, y otro italiano que se pudo deber al choque de un cometa con una estrella de neutrones.
Impresón artística del modelo sugerido por un grupo liderado por el IAA para el GRB 101225A. Imagen: Aurore Simonnet, NASA E/PO, Universidad del Estado de Sonoma.
El estallido de rayos gamma (o GRB, por sus siglas en inglés) del 25 de diciembre de 2010, conocido como la “explosión de Navidad”, rompió los patrones establecidos para este tipo de fenómenos.
Su nombre oficial es GRB101225A y tuvo un brillo y una duración distintos a la media. Además, mostró un resplandor posterior, que se conoce como afterglow, cuya causa era de origen térmico, a diferencia del resto de GRBs.
Para explicar estas peculiaridades esta semana dos grupos de científicos publican en Nature sus teorías. Por una parte, un equipo liderado desde el Observatorio Astronómico de Brera (Italia) sugiere que el estallido se debió a la ruptura de un objeto menor –como un cometa– por una estrella de neutrones situada dentro de nuestra galaxia.
Sin embargo, otra investigación dirigida desde el Instituto de Astrofísica de Andalucía (IAA-CSIC) propone que el extraño fenómeno se debió a la fusión de una estrella gigante (de helio) con otra de neutrones. Consideran que el sistema colapsó tras una etapa en la que las estrellas compartieron la envoltura gaseosa que las rodea.
“Todos los GRBs observados hasta la fecha muestran un afterglow, cuya energía procede del movimiento de electrones a gran velocidad dentro del campo magnético del objeto; en cambio, en la ‘explosión de Navidad’ vimos que el origen de este resplandor era térmico, algo realmente inédito”, explica Christina Thöne, investigadora del IAA-CSIC.
Nace un tercer escenario
Hasta ahora había dos mecanismos para explicar los GRBs, que corresponden a las dos modalidades conocidas: los GRBs largos (de dos o más segundos de duración) debidos al colapso de una estrella muy masiva, mientras que los cortos (de menos de dos segundos) se producen por la fusión de dos objetos compactos, como estrellas de neutrones.
“El carácter exótico de este GRB prácticamente nos forzaba a sugerir un tercer escenario, e investigamos una amplia gama de posibilidades para explicarlo”, relata Antonio de Ugarte (IAA-CSIC), líder del equipo internacional y también del IAA-CSIC.
El estudio español propone que la explosión de Navidad es el resultado de la fusión de una estrella de neutrones (una estrella degenerada que puede contener la masa del Sol en un radio de decenas de kilómetros) con una estrella gigante evolucionada.
Este sistema binario situado a una distancia de unos 5500 millones de años luz, atravesó una fase de envoltura común cuando la estrella de neutrones se adentró en la atmósfera de la estrella gigante. Durante esta etapa la estrella gigante perdió la mayor parte del hidrógeno que la componía.
Más tarde, cuando los astros se fusionaron, la explosión produjo un ‘chorro’, semejante a los que se generan en los GRB normales, pero que se calentó por la interacción con la envoltura común preexistente. Esto dio lugar al afterglow observado, dominado por radiación generada por material caliente y que fue enfriándose con el tiempo.
Unos diez días después del estallido en rayos gamma comenzó a emerger una débil explosión de supernova que alcanzó su máximo tras cuarenta días. Los GRBs largos suelen ir acompañados de una supernova brillante, cuyo brillo parece estar relacionado con la producción de níquel durante el evento.
“Nuestro escenario predice la producción de una pequeña cantidad de níquel que conduciría a una explosión de supernova muy débil, lo que lo hace más consistente con las observaciones” concluye Thöne.
Explosiones de rayos gamma (GRBs)
Las explosiones de rayos gamma 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 oscila entre unos pocos milisegundos hasta más de media hora, y 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 tierra.
Las observaciones realizadas de este modo han mostrado que los GRB van seguidos de una emisión de luz visible e infrarroja que se suele denominar afterglow, es decir, «resplandor ulterior», procedente de partículas con carga eléctrica sumidas en campos magnéticos potentes y que se desplazan con velocidades relativistas (por encima del 99% de la velocidad de la luz).
“Tras décadas investigando GRBs estamos viendo que estos objetos nos deparan muchas sorpresas y que, del mismo modo que los tipos de supernova conocidos han aumentado con el tiempo, es posible que debamos revisar la clasificación de GRBs. Las estrellas parecen disponer de muy diversas formas de morir”, concluye Thöne
Referencia bibliográfica
C. Thöne et al. “The unusual gamma-ray burst GRB 101225A from a helium star/neutron star merger at redshift 0.33”. Nature. 1 de diciembre de 2011. Doi:10.1038/nature10611
S. Campana, G. Lodato, P. D’Avanzo, et al. “The unusual gamma-ray burst GRB 101225A explained as a minor body falling onto a neutron star”. Nature. 1 de diciembre de 2011. Doi:10.1038/nature10592.
Artículo publicado en Servicio de Información y Noticias Científicas (SINC).
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