Científicos resuelven el misterio de la 'explosión más brillante de todos los tiempos'

Enorme evento tan masivo que depositó alrededor de un gigavatio de energía en la atmósfera superior de la Tierra.

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Las explosiones cósmicas conocidas como explosiones de rayos gamma (GRB), detectadas accidentalmente por primera vez por satélites militares estadounidenses a fines de la década de 1960, se consideran las explosiones más brillantes del universo. Por lo general, son el resultado del nacimiento catastrófico de un agujero negro en una galaxia distante.

Una forma en que esto puede suceder es a través del colapso de una sola estrella masiva. Los astrónomos como yo que trabajamos en este campo somos muy conscientes de las enormes escalas de energía involucradas en los GRB. Sabemos que pueden liberar tanta energía en forma de rayos gamma como lo hace el Sol a lo largo de su vida.

Pero de vez en cuando, se observa un evento que todavía nos da una pausa. En octubre de 2022, los detectores de rayos gamma de los satélites orbitales Fermi y el Observatorio Neil Gehrels Swift detectaron un estallido conocido como GRB 221009A (la fecha de detección). Esto rápidamente resultó ser un récord. Fue apodado el más brillante de todos los tiempos, o el "barco", como abreviatura conveniente entre los astrónomos que estudian y observan el evento. El Barco no solo comenzó brillantemente, sino que se negó a desvanecerse como otras ráfagas. Todavía no sabemos por qué el estallido fue tan excepcionalmente brillante, pero nuestro nuevo estudio, publicado en Science Advances, proporciona una respuesta a su obstinada persistencia.

El estallido se originó a una distancia de 2.400 millones de años luz, relativamente cerca para un GRB. Pero incluso teniendo en cuenta la distancia relativa, la energía del evento y la radiación producida por sus consecuencias estaban fuera de serie. Decididamente, no es normal que un evento cósmicamente distante deposite alrededor de un gigavatio de energía en la atmósfera superior de la Tierra.

Los GRB como el Barco lanzan una corriente de gas que se mueve muy cerca de la velocidad de la luz hacia el espacio. Cómo se lanza exactamente el chorro sigue siendo un rompecabezas, pero lo más probable es que involucre campos magnéticos cerca de donde se está formando el agujero negro.

Es la emisión temprana de este chorro lo que vemos como el estallido. Más tarde, el chorro se ralentiza y produce radiación adicional, un resplandor de luz que se desvanece, desde ondas de radio hasta (en casos excepcionales) rayos gamma.

No observamos chorros directamente. En cambio, como estrellas distantes, vemos los GRB como puntos en el cielo. Sin embargo, tenemos buenas razones para creer que los GRB no explotan en todas las direcciones por igual. Para GRB 221009A, esto ciertamente no sería razonable, ya que implicaría multiplicar la cantidad de energía detectada en la Tierra por todas las demás direcciones, lo que equivale a mucha más energía de la que cualquier estrella tendría disponible.

Otra indicación de que los GRB provienen de chorros que apuntan aproximadamente hacia nosotros se debe a la teoría de la relatividad especial. La relatividad nos enseña que la velocidad de la luz es constante, sin importar qué tan rápido se mueva una fuente hacia nosotros. Pero eso aún permite que la dirección de la luz se distorsione. Gracias a este efecto de espejo de la casa de la risa, la luz emitida en todas las direcciones desde la superficie de un chorro en movimiento rápido terminará enfocada fuertemente a lo largo de su dirección de movimiento.

Dicho esto, los bordes de un chorro que se dirige en nuestra dirección estarán ligeramente curvados, lo que significa que su luz se enfoca lejos de nuestra dirección. Solo más tarde, cuando el chorro se ralentiza, los bordes normalmente quedan a la vista y el resplandor comienza a desvanecerse más rápido.

Pero aquí nuevamente, GRB 221009A rompió las reglas. Sus bordes nunca se mostraron y se unió a un grupo selecto de ráfagas muy brillantes que se niegan a desvanecerse normalmente. En lugar de comenzar a desvanecerse lentamente y luego desaparecer rápidamente, se desvanece constantemente con el tiempo.

En nuestro trabajo, demostramos cómo la apariencia de los bordes del jet puede oscurecerse de una manera que coincida con las observaciones del Barco. La idea clave es la siguiente: sí, se lanzó un chorro angosto, pero tuvo dificultades para escapar de la estrella que colapsaba, lo que provocó una gran mezcla con el gas estelar a lo largo de los lados del chorro.

Para probar si este era realmente el caso, tomamos un resultado de simulación por computadora que mostraba esta mezcla y lo implementamos en un modelo que en realidad podría compararse directamente con los datos del barco. Y demostró que lo que normalmente sería un cambio rápido a una señal que se desvanece fuertemente, ahora se convirtió en un asunto prolongado.

La radiación del gas calentado por choque de la estrella moribunda siguió apareciendo en nuestra línea de visión, lo que explica por qué se mantuvo tan brillante. Esto siguió ocurriendo hasta el punto de que cualquier firma de chorro característica se perdió en la emisión general.

De esta manera, GRB 221009A no solo confirma las expectativas de la simulación, sino que también proporciona una pista de eventos brillantes similares vistos en el pasado, donde las personas tenían que seguir revisando la estimación de energía hacia arriba mientras esperaban que apareciera un borde de chorro.

Calculamos que la probabilidad de ver un estallido tan brillante es de una en mil años, por lo que tenemos suerte de haber visto uno. Pero quedan preguntas. ¿Qué papel juegan los campos magnéticos, por ejemplo?

Los teóricos y los modeladores numéricos explorarán estos asuntos durante años, rastreando los datos del barco mientras estamos atentos al próximo gran evento que está por llegar.

Este artículo se vuelve a publicar de The Conversation bajo una licencia Creative Commons. Lea el artículo original.