Una fusión distante de estrellas de neutrones desató uno de los estallidos cortos de rayos gamma (GRB) más poderosos jamás vistos, según nuevas observaciones de ALMA, el Atacama Large Millimeter/submillimeter Array en Chile.
Las estrellas de neutrones son los núcleos estelares súper densos que quedan después de que las estrellas masivas explotan, y cuando, digamos, dos estrellas de neutrones chocan, el resultado es una explosión dramática, cuya luz se conoce como kilonova. Las fusiones también liberan ondas gravitacionales y una breve ráfaga de radiación de rayos gamma en dos chorros compactos disparados en direcciones opuestas hacia el espacio.
El 6 de noviembre de 2021, un breve estallido de rayos gamma fue detectado por el observatorio de rayos X y rayos gamma INTEGRAL de la Agencia Espacial Europea, que envió una alerta instantánea que activó la misión de la NASA Rápido satélite, entre otros, para dar seguimiento. El estallido, catalogado como GRB 211106A, duró menos de dos segundos, pero el resplandor de la kilonova brilló durante mucho más tiempo cuando el chorro de partículas liberado por la fusión excitó el gas circundante.
“Este breve estallido de rayos gamma fue la primera vez que intentamos observar un evento de este tipo con ALMA”, dijo en un comunicado Wen-Fai Fong, astrónomo de la Universidad Northwestern en Illinois. declaración. “Los resplandores posteriores para ráfagas cortas son muy difíciles de conseguir, por lo que fue espectacular captar este brillo tan brillante”.
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Detectar el resplandor de la fusión en la luz de longitud de onda milimétrica que sintoniza ALMA les da a los astrónomos una ventaja cuando se trata de comprender estas explosiones titánicas.
“Las longitudes de onda milimétricas pueden informarnos sobre la densidad del entorno alrededor del GRB”, dijo Genevieve Schroeder, también de la Universidad Northwestern, en la misma declaración. “Y, cuando se combina con los rayos X, [the millimeter-wave light] puede decirnos sobre la verdadera energía de la explosión”.
A medida que los chorros del GRB, que se mueven casi a la velocidad de la luz, atraviesan el gas circundante, las ondas de choque se aceleran. electrones. La energía de la radiación de esos electrones alcanza su punto máximo en longitudes de onda milimétricas y, por lo tanto, puede informar a los astrónomos sobre la energía total de la explosión.
ALMALas mediciones de GRB 211106A sugieren que liberó una energía total de entre 2 x 10^50 ergios y 6 x 10^51 ergios, lo que lo sitúa entre los GRB cortos más potentes jamás detectados. (Un ergio es igual a 10^–7 julios; a modo de comparación, el sol libera solo 3,8 x 10 ^ 33 ergios por segundo).
Es particularmente impresionante que GRB 211106A fuera tan brillante, en términos relativos, ya que la fusión ocurrió hace entre 6.300 y 9.100 millones de años, y la galaxia en la que se produjo la fusión se encuentra ahora a aproximadamente 20.000 millones de años luz de la Tierra debido a la expansión cósmica. A esta distancia, las ondas gravitatorias liberadas por la fusión eran demasiado débiles para detectarlas.
Otra ventaja de observar con ALMA es que el resplandor residual en longitudes de onda milimétricas dura más que, por ejemplo, en rayos X. Esto les da a los astrónomos más tiempo para estudiar el chorro GRB, que comienza como una corriente estrecha y luego se abre gradualmente, como un puntero láser que hace un punto más grande en una pared que la base del láser.
El equipo de Fong y Schroeder calculó que el ángulo de apertura del chorro era de 16 grados, que es el más ancho jamás medido para un GRB corto. Esto es importante porque solo vemos un GRB cuando el chorro apunta hacia nosotros, por lo que cuanto más ancho sea el chorro, más posibilidades tenemos de verlo.
Y las probabilidades importan: los astrónomos calculan la tasa de fusiones de estrellas de neutrones en el universo en función de la cantidad de GRB cortos que vemos y las estimaciones de los ángulos de apertura de su chorro. Si los GRB más cortos tienen chorros con ángulos de apertura más amplios, los científicos pueden haber sobreestimado cuántas fusiones de estrellas de neutrones se están produciendo.
La velocidad a la que se fusionan las estrellas de neutrones no es solo una curiosidad astrofísica: tiene repercusiones en la química cósmica. Las condiciones durante las fusiones de estrellas de neutrones son tan intensas que algunas de las más pesadas y elementos más preciados, como el oro, el platino y la plata, se forjan por estas colisiones. De hecho, los científicos han estimado que una sola fusión de estrellas de neutrones puede producir entre 3 y 13 masas terrestres en oro. Por lo tanto, la abundancia cósmica de tales elementos depende en gran medida de la velocidad a la que se produzcan las fusiones de estrellas de neutrones.
Si bien la colisión es un acto de alquimia cósmica, que enriquece la región circundante con un tesoro atómico, el descubrimiento ha ofrecido a los astrónomos un campo completamente nuevo para estudiar los GRB cortos y sus resplandores posteriores. “Después de una década de observar GRB cortos, es realmente sorprendente presenciar el poder de usar estas nuevas tecnologías para desenvolver regalos sorpresa del universo”, dijo Fong.
Un artículo que describe los hallazgos se publicará en un próximo número de Astrophysical Journal Letters; a versión preimpresa fue publicado el lunes (1 de agosto).
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