Observatorio Internacional Gemini/NOIRLab/NSF/AURA/M. Ajo/M. Zamani
Cuando los astrónomos detectaron un poderoso estallido de rayos gamma (GRB) en octubre de 2019, la explicación más probable fue que fue producido por una estrella moribunda masiva en una galaxia distante que explotó en una supernova. Pero los datos de observaciones posteriores mostraron que el estallido se originó con la colisión de estrellas (o sus restos) en un área densamente poblada cerca del agujero negro supermasivo de una galaxia antigua, según un nuevo artículo publicado en la revista Nature Astronomy. Se ha planteado la hipótesis de un evento tan raro, pero esta es la primera evidencia observacional de uno.
Como informamos anteriormente, los estallidos de rayos gamma son explosiones de energía extremadamente alta en galaxias distantes que duran entre milisegundos y varias horas. Hay dos clases de estallidos de rayos gamma. La mayoría (70 por ciento) son ráfagas largas que duran más de dos segundos, a menudo con un brillo posterior brillante. Estos suelen estar vinculados a galaxias con rápida formación estelar. Los astrónomos creen que las ráfagas largas están ligadas a la muerte de estrellas masivas que colapsan para formar una estrella de neutrones o un agujero negro (o, alternativamente, una magnetar recién formada). El agujero negro bebé produciría chorros de partículas altamente energéticas que se mueven cerca de la velocidad de la luz, lo suficientemente potentes como para atravesar los restos de la estrella progenitora, emitiendo rayos X y rayos gamma.
Esos estallidos de rayos gamma que duran menos de dos segundos (alrededor del 30 por ciento) se consideran estallidos cortos, que generalmente se emiten desde regiones con muy poca formación estelar. Los astrónomos creen que estos estallidos de rayos gamma son el resultado de fusiones entre dos estrellas de neutrones o una estrella de neutrones que se fusiona con un agujero negro, que comprende una «kilonova».
El estallido de rayos gamma detectado por el Observatorio Neil Gehrels Swift de la NASA en 2019 cayó en la categoría larga. Pero los astrónomos estaban desconcertados porque no encontraron evidencia de una supernova correspondiente. «Por cada cien eventos que encajan en el esquema de clasificación tradicional de los estallidos de rayos gamma, hay al menos un bicho raro que nos hace perder el control», dijo el coautor Wen-fai Fong, astrofísico de la Universidad Northwestern. «Sin embargo, son estos bichos raros los que más nos dicen sobre la espectacular diversidad de explosiones que el universo es capaz de hacer».
Intrigados, Fong y sus coautores siguieron el resplandor que se desvanecía del estallido utilizando el Observatorio Internacional Gemini, aumentado con datos recopilados por los Telescopios Ópticos Nórdicos y el Telescopio Espacial Hubble. El resplandor les permitió precisar la ubicación del GRB en una región a solo 100 años luz del núcleo de una galaxia antigua, es decir, muy cerca del agujero negro supermasivo en su centro. Llegaron a la conclusión de que el estallido se había originado con la colisión de dos estrellas o remanentes estelares.
Eso es significativo porque hay tres procesos bien conocidos para que una estrella muera, dependiendo de su masa. Las estrellas masivas explotan en una supernova, mientras que una estrella con la masa de nuestro propio Sol descartará sus capas exteriores y eventualmente se desvanecerá para convertirse en una enana blanca. Y los remanentes estelares creados a partir de supernovas (estrellas de neutrones o agujeros negros) pueden formar sistemas binarios y eventualmente chocar.
Ahora tenemos una cuarta alternativa: las estrellas en áreas densamente pobladas de galaxias antiguas pueden chocar, algo que es muy raro en las galaxias activas, que no son tan densas. Una galaxia antigua podría tener un millón de estrellas empaquetadas en un área de unos pocos años luz de diámetro. Y en este caso, los efectos gravitatorios de estar tan cerca de un agujero negro supermasivo habrían alterado los movimientos de esas estrellas para que se movieran en direcciones aleatorias. Eventualmente ocurriría una colisión.
De hecho, los autores sugieren que este tipo de colisiones podrían no ser tan raras; simplemente no detectamos los GRB reveladores y los resplandores posteriores debido a todo el polvo y el gas que oscurecen nuestra vista de los centros de las galaxias antiguas. Si los astrónomos pudieran detectar una firma de ondas gravitacionales junto con un GRB de este tipo en el futuro, eso podría decirles más sobre este tipo de muerte estelar.
«Estos nuevos resultados muestran que las estrellas pueden encontrar su desaparición en algunas de las regiones más densas del Universo, donde pueden colisionar», dijo el coautor Andrew Levan, astrónomo de la Universidad de Radboud en los Países Bajos. «Esto es emocionante para comprender cómo mueren las estrellas y para responder otras preguntas, como qué fuentes inesperadas podrían crear ondas gravitacionales que podríamos detectar en la Tierra».
DOI: Nature Astronomy, 2023. 10.1038/s41550-023-01998-8 (Acerca de los DOI).