Catálogo de explosiones de rayos gamma.
La misión Fermi de la NASA revela explosiones de rayos
gamma de mayor energía.
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| Esta ilustración muestra el telescopio espacial de rayos gamma Fermi de la NASA, que observa el cielo en rayos gamma, la forma de luz de mayor energía. Crédito: Centro de vuelo espacial Goddard de la NASA. |
Durante 10 años, el telescopio espacial de rayos gamma Fermi de la NASA ha escaneado el cielo en busca de explosiones de rayos gamma (GRB, por sus siglas en inglés), las explosiones más luminosas del universo. Un nuevo catálogo de las explosiones de más alta energía proporciona a los científicos nuevos conocimientos sobre cómo funcionan.
"Cada explosión es de alguna manera única", dijo Magnus Axelsson, astrofísico de la Universidad de Estocolmo en Suecia. “Es solo cuando podemos estudiar muestras grandes, como en este catálogo, que comenzamos a entender las características comunes de los GRB. Estos a su vez nos dan pistas sobre los mecanismos físicos en el trabajo ".
El catálogo se publicó en la edición del 13 de junio de The Astrophysical Journal y ahora está disponible en línea. Más de 120 autores contribuyeron al artículo, dirigido por Axelsson, Elisabetta Bissaldi en el Instituto Nacional de Física Nuclear y la Universidad Politécnica de Bari, Italia, y Nicola Omodei y Giacomo Vianello en la Universidad de Stanford en California.
Los GRB emiten rayos gamma, la forma de luz de mayor energía. La mayoría de los GRB se producen cuando algunos tipos de estrellas masivas se quedan sin combustible y se colapsan para crear nuevos agujeros negros. Otros suceden cuando dos estrellas de neutrones, restos superdense de explosiones estelares, se fusionan. Ambos tipos de eventos cataclísmicos crean chorros de partículas que se mueven cerca de la velocidad de la luz. Los rayos gamma se producen en colisiones de material en movimiento rápido dentro de los chorros y cuando éstos interactúan con el entorno alrededor de la estrella.
Los astrónomos pueden distinguir las dos clases de GRB por la duración de sus rayos gamma de baja energía. Las ráfagas cortas de fusiones de estrellas de neutrones duran menos de 2 segundos, mientras que las ráfagas largas suelen durar un minuto o más. El nuevo catálogo, que incluye 17 ráfagas cortas y 169 ráfagas largas, describe 186 eventos vistos por el Telescopio de Área Grande (LAT) de Fermi en los últimos 10 años.
Fermi observa estas poderosas explosiones usando dos instrumentos. El LAT ve aproximadamente una quinta parte del cielo en cualquier momento y registra los rayos gamma con energías por encima de los 30 millones de voltios de electrones (MeV), millones de veces la energía de la luz visible. El monitor de ráfagas de rayos gamma (GBM) ve todo el cielo que no está bloqueado por la Tierra y detecta emisiones de menor energía. En total, el GBM ha detectado más de 2,300 GRB hasta el momento.
A continuación se muestra una muestra de cinco eventos fascinantes y de configuración de registros del catálogo LAT que han ayudado a los científicos a aprender más sobre los GRB.
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| Los puntos verdes muestran las ubicaciones de 186 ráfagas de rayos gamma observadas por el Telescopio de Área Grande (LAT) en el satélite Fermi de la NASA durante su primera década. Algunas ráfagas notables están resaltadas y etiquetadas. Antecedentes: construido a partir de nueve años de datos LAT, este mapa muestra cómo el cielo de rayos gamma aparece a energías por encima de los 10 mil millones de voltios de electrones. El plano de nuestra galaxia Vía Láctea corre a lo largo de la trama. Los colores más brillantes indican fuentes de rayos gamma más brillantes. Créditos: NASA / DOE / Fermi LAT Collaboration. |
1. GRB 081102B
La breve ráfaga 081102B, que se produjo en la constelación de Boötes el 2 de noviembre de 2008, es la GRB detectada por LAT más breve, con una duración de solo una décima de segundo. Aunque este estallido apareció en el primer año de observaciones de Fermi, no se incluyó en una versión anterior de la colección publicada en 2013.
"El primer catálogo LAT solo identificó 35 GRB", dijo Bissaldi. "Gracias a las mejores técnicas de análisis de datos, pudimos confirmar algunas de las observaciones marginales en esa muestra, así como identificar cinco veces más ráfagas para el nuevo catálogo".
2. GRB 160623A
Ráfaga de larga duración 160623A, vista el 23 de junio de 2016, en la constelación de Cygnus, siguió brillando durante casi 10 horas en las energías LAT, la ráfaga más larga del catálogo. Pero en las energías más bajas registradas por el instrumento GBM de Fermi, se detectó solo por 107 segundos. Esta marcada diferencia entre los instrumentos confirma una tendencia insinuada en el primer catálogo LAT. Tanto para ráfagas largas como cortas, la emisión de rayos gamma de alta energía dura más que la emisión de baja energía y ocurre más tarde.
3. GRB 130427A.
El rayo gamma individual de mayor energía detectado por el LAT de Fermi alcanzó 94 billones de voltios de electrones (GeV) y viajó 3.8 billones de años luz desde la constelación Leo. Fue emitido por 130427A, que también tiene el récord de la mayoría de los rayos gamma (17) con energías por encima de 10 GeV.
Un modelo popular propuso que las partículas cargadas en el chorro, que se mueven a casi la velocidad de la luz, encuentran una onda de choque y cambian repentinamente de dirección, y como resultado emiten rayos gamma. Pero este modelo no puede dar cuenta de la luz récord de esta explosión, lo que obligó a los científicos a repensar sus teorías.
Los hallazgos originales en 130427A muestran que el instrumento LAT rastreó su emisión durante el doble de tiempo que se indica en el catálogo. Debido al gran tamaño de la muestra, el equipo adoptó el mismo análisis estandarizado para todos los GRB, lo que dio como resultado números ligeramente diferentes a los informados en el estudio anterior.
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| Esta imagen muestra el tipo más común de ráfaga de rayos gamma, que se cree que ocurre cuando una estrella masiva colapsa, forma un agujero negro y dispara chorros de partículas hacia afuera casi a la velocidad de la luz. Ver dentro de un chorro aumenta enormemente su brillo aparente. Una imagen de Fermi de GRB 130427A termina la secuencia. Créditos: Centro de vuelo espacial Goddard de la NASA |
4. GRB 080916C
El GRB más lejano conocido ocurrió a 12,2 mil millones de años luz de distancia en la constelación de Carina. Llamados 080916C, los investigadores calculan que la explosión contenía el poder de 9,000 supernovas.
Los telescopios pueden observar a los GRB en estas grandes distancias porque son muy brillantes, pero es difícil determinar su distancia exacta. Las distancias solo son conocidas para 34 de los 186 eventos en el nuevo catálogo.
5. GRB 090510
La distancia conocida hasta 090510 ayudó a probar la teoría de Einstein de que la estructura del espacio-tiempo es suave y continua. Fermi detectó un rayo gamma de alta energía y de baja energía casi en el mismo instante. Habiendo recorrido la misma distancia en la misma cantidad de tiempo, mostraron que toda la luz, sin importar su energía, se mueve a la misma velocidad a través del vacío del espacio.
"La emisión total de rayos gamma de 090510 duró menos de 3 minutos, pero nos permitió investigar esta pregunta fundamental sobre la física de nuestro cosmos", dijo Omodei. "Los GRB son realmente uno de los eventos astronómicos más espectaculares que presenciamos".
¿Qué falta?
GRB 170817A marcó la primera vez que la luz y las ondulaciones en el espacio-tiempo, llamadas ondas gravitacionales, se detectaron a partir de la fusión de dos estrellas de neutrones. El evento fue capturado por el Interferómetro Láser Gravitational Wave Observatory (LIGO), el interferómetro Virgo y el instrumento GBM de Fermi, pero no fue observado por el LAT porque el instrumento fue apagado cuando la nave espacial pasó por una región de la órbita de Fermi, donde la partícula la actividad es alta
"Ahora que LIGO y Virgo han comenzado otro período de observación, la comunidad de astrofísica buscará más eventos conjuntos de GRB y ondas gravitacionales", dijo Judy Racusin, coautora y científica adjunta del proyecto Fermi en el Centro de Vuelo Espacial Goddard de la NASA en Greenbelt, Maryland. "Este catálogo fue un esfuerzo monumental de equipo, y el resultado nos ayuda a conocer la población de estos eventos y nos prepara para profundizar en futuros hallazgos innovadores".
El telescopio espacial de rayos gamma Fermi es una asociación de astrofísica y física de partículas gestionada por el Centro de Vuelo Espacial Goddard de la NASA en Greenbelt, Maryland. Fermi fue desarrollado en colaboración con el Departamento de Energía de los Estados Unidos, con importantes contribuciones de instituciones académicas y socios en Francia, Alemania, Italia, Japón, Suecia y los Estados Unidos.
Por Jeanette Kazmierczak
Centro de Vuelo Espacial Goddard de la NASA, Greenbelt, Md.
Última actualización: 13 de junio de 2019, enlace publicación.
Editor: Rob Garner
