Aaron M. Geller/Noroeste/CIERA/ITRC&DS
En octubre de 2022, varios detectores espaciales detectaron un potente estallido de rayos gamma tan energético que los astrónomos lo apodaron BOAT (el más brillante de todos los tiempos). Ahora han confirmado que el GRB proviene de una supernova, según un nuevo artículo publicado en la revista Nature Astronomy. Sin embargo, no encontraron evidencia de elementos pesados como el platino y el oro que cabría esperar de una explosión de supernova, lo que guarda relación con la cuestión de larga data sobre el origen de tales elementos en el universo.
Como informamos anteriormente, los estallidos de rayos gamma son explosiones de energía extremadamente alta en galaxias distantes que duran entre apenas 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 resplandor brillante. Suelen estar vinculados a galaxias con rápida formación estelar. Los astrónomos creen que las explosiones prolongadas están relacionadas con la muerte de estrellas masivas que colapsan para formar una estrella de neutrones o un agujero negro (o, alternativamente, un magnetar recién formado). El pequeño agujero negro produciría chorros de partículas altamente energéticas que se moverían 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 y 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 de una estrella de neutrones que se fusiona con un agujero negro, formando una «kilonova». Esa hipótesis se confirmó en 2017 cuando la colaboración LIGO captó la señal de ondas gravitacionales de dos estrellas de neutrones fusionándose, acompañadas de potentes estallidos de rayos gamma asociados con una kilonova.
El estallido de rayos gamma de octubre de 2022 entra en la categoría larga y dura más de 300 segundos. GRB 221009A activó detectores a bordo del Telescopio Espacial Fermi de Rayos Gamma de la NASA, el Observatorio Neil Gehrels Swift y la nave espacial Wind, entre otros, justo cuando los astrónomos de rayos gamma se habían reunido para una reunión anual en Johannesburgo, Sudáfrica. La poderosa señal provino de la constelación de Sagita y viajó unos 1.900 millones de años hasta la Tierra.
El año pasado se publicaron varios artículos que informaban sobre los resultados analíticos de todos los datos de observación. Esos hallazgos confirmaron que GRB 221009A era de hecho el BOAT, y parecía especialmente brillante porque su estrecho chorro apuntaba directamente a la Tierra. Pero los diversos análisis también arrojaron varios resultados sorprendentes que desconcertaron a los astrónomos. Lo más notable es que una supernova debería haber ocurrido unas semanas después del estallido inicial, pero los astrónomos no detectaron ninguna, tal vez porque era muy débil y gruesas nubes de polvo en esa parte del cielo estaban atenuando la luz entrante.
NASA/Swift/A. Beardmore (Universidad de Leicester)
Es por eso que Peter Blanchard de la Universidad Northwestern y sus compañeros coautores decidieron esperar seis meses antes de realizar su propio análisis, basándose en los datos recopilados durante la última fase del GRB por el espectrógrafo de infrarrojo cercano del Telescopio Espacial Webb. Aumentaron esos datos espectrales con observaciones de ALMA (Atacama Large Millimeter/Submillimeter Array) en Chile para poder separar la luz de la supernova y el resplandor del GRB. El hallazgo más significativo fueron las firmas reveladoras de elementos clave como el calcio y el oxígeno que uno esperaría encontrar en una supernova.
Sin embargo, la supernova no era más brillante que otras supernovas asociadas con GRB menos energéticos, lo cual resulta desconcertante. «Se podría esperar que la misma estrella en colapso que produce un GRB muy energético y brillante también produzca una supernova muy energética y brillante», dijo Blanchard. «Pero resulta que no es así. Tenemos este GRB extremadamente luminoso, pero se trata de una supernova normal». Los autores sugieren que esto podría tener algo que ver con la forma y estructura del chorro relativista, que era mucho más estrecho que otros chorros de GRB, lo que daba como resultado un haz de luz más enfocado y brillante.
Los datos depararon otra sorpresa para los astrónomos. La única fuente confirmada de elementos pesados en el universo hasta la fecha es la fusión de estrellas de neutrones binarias. Pero según Blanchard, hay muy pocas fusiones de estrellas de neutrones para explicar la abundancia de elementos pesados, por lo que debe haber otra fuente. Una fuente adicional hipotética es una estrella masiva que gira rápidamente y colapsa y explota en una supernova. Desgraciadamente, no hubo evidencia de elementos pesados en los datos espectrales del JWST relacionados con el BOAT.
«Cuando confirmamos que el GRB fue generado por el colapso de una estrella masiva, eso nos dio la oportunidad de probar una hipótesis sobre cómo se forman algunos de los elementos más pesados del universo», dijo Blanchard. “No vimos firmas de estos elementos pesados, lo que sugiere que los GRB extremadamente energéticos como el BOAT no producen estos elementos. Eso no significa que no todos los GRB los produzcan, pero es una información clave a medida que seguimos entendiendo de dónde provienen estos elementos pesados. Las observaciones futuras con JWST determinarán si los primos ‘normales’ del BOAT producen estos elementos”.
Astronomía de la naturaleza, 2024. DOI: 10.1038/s41550-024-02237-4 (Acerca de los DOI).