Extraña explosión cercana imita a las estrellas más antiguas del universo.
El observatorio XMM-Newton de la ESA ha ayudado a descubrir cómo las primeras estrellas del Universo terminaron sus vidas en explosiones gigantes.
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| Explosión de rayos gamma. Impresión artística de un estallido de rayos gamma, un destello de radiación muy energética asociada con una galaxia a distancia. Copyright: ESA, ilustración de ESA / ECF. |
Los astrónomos estudiaron el estallido de rayos gamma GRB130925A, un destello de radiación muy enérgica que emite una estrella en una galaxia distante, utilizando observatorios espaciales y terrestres.
Descubrieron que el culpable de la explosión era una estrella masiva, conocida como una supergigante azul. Estas enormes estrellas son bastante raras en el Universo relativamente cercano donde se encuentra GRB130925A, pero se cree que fueron muy comunes en el Universo temprano, ya que casi todas las primeras estrellas evolucionaron en ellas a lo largo de sus cortas vidas.
Pero a diferencia de otras supergigantes azules que vemos cerca, la estrella progenitora de GRB130925A contenía muy poco en cuanto a elementos más pesados que el hidrógeno y el helio. Lo mismo fue cierto para las primeras estrellas que se formaron en el Universo, lo que hace que GRB130925A sea un análogo notable de explosiones similares que ocurrieron solo unos cientos de millones de años después del Big Bang.
"Ha habido varios estudios teóricos que predicen cómo sería un estallido de rayos gamma producido por una estrella primordial", dice Luigi Piro del Istituto Astrofisica e Planetologia Spaziali en Roma, Italia, y autor principal de un nuevo artículo que aparece en The Astrophysical. Cartas de diario. "Con nuestro descubrimiento, hemos demostrado que es probable que estas predicciones sean correctas".
Los astrónomos creen que las estrellas primordiales eran muy grandes, tal vez varios cientos de veces la masa del Sol. Esta gran masa luego alimentó ráfagas de rayos gamma ultra largas que duraron varios miles de segundos, hasta cien veces la longitud de una explosión de rayos gamma 'normal'.
De hecho, GRB130925A tuvo una duración muy larga de alrededor de 20 000 segundos, pero también exhibió características peculiares adicionales que no se detectaron previamente en una explosión de rayos gamma: un capullo caliente de gas que emite radiación de rayos X y un viento extrañamente delgado.
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| Impresión del artista del telescopio de rayos X XMM-Newton de la ESA. Crédito de la imagen: ESA. |
Ambos fenómenos permitieron a los astrónomos implicar a una supergigante azul como el progenitor estelar. De manera crucial, brindan información sobre la proporción de la estrella compuesta de elementos distintos al hidrógeno y al helio, elementos que los astrónomos agrupan bajo el término 'metales'.
Después del Big Bang, el Universo estaba dominado por hidrógeno y helio y, por lo tanto, las primeras estrellas que se formaron eran muy pobres en metales. Sin embargo, estas primeras estrellas fabricaron elementos más pesados mediante fusión nuclear y los dispersaron por el espacio a medida que evolucionaban y explotaban.
Este proceso continuó a medida que se formaba cada nueva generación de estrellas y, por lo tanto, las estrellas en el Universo cercano son relativamente ricas en metales.
Descubrir que el progenitor de GRB130925A es una supergigante azul pobre en metales es significativo, ya que ofrece la oportunidad de explorar un análogo de una de esas primeras estrellas de cerca. El Dr. Piro y sus colegas especulan que podría haberse formado a partir de un bolsillo de gas primordial que de alguna manera sobrevivió inalterado durante miles de millones de años.
"La búsqueda para comprender las primeras estrellas que se formaron en el Universo hace unos 13 mil millones de años es uno de los grandes desafíos de la astrofísica moderna", señala el Dr. Piro.
"Detectar una de estas estrellas directamente está fuera del alcance de cualquier observatorio presente o futuro debido a las inmensas distancias involucradas.
"Pero en última instancia, debería ser posible encontrarlos a medida que explotan al final de sus vidas, produciendo poderosos destellos de radiación".
Sin embargo, como contraparte cercana, GRB130925A ha ofrecido a los astrónomos la oportunidad de obtener una idea de estas primeras estrellas hoy.
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| EXPLOTANDO LA ESTRELLA SUPERGIGANTE AZUL. La impresión de este artista representa una región de una supergigante azul en explosión. Estas estrellas son bastante raras en el Universo relativamente cercano, pero se cree que fueron muy comunes en el Universo temprano, ya que casi todas las primeras estrellas evolucionaron en ellas a lo largo de sus cortas vidas. Los astrónomos utilizaron una serie de observatorios espaciales y terrestres, incluido el XMM-Newton de la ESA para estudiar el estallido de rayos gamma GRB130925A, un destello de radiación muy enérgica que fluye desde una supergigante azul en una galaxia distante. Encontraron evidencia de que esta estrella contenía muy poco en cuanto a elementos más pesados que el hidrógeno y el helio. Lo mismo fue cierto para las primeras estrellas que se formaron en el Universo, lo que hace que GRB130925A sea un análogo notable de explosiones similares que ocurrieron solo unos cientos de millones de años después del Big Bang. La ilustración muestra un capullo de gas caliente (en rojo) que rodea un chorro relativista que emerge de la supergigante azul. Copyright: NASA / Swift / A. Simonnet, Sonoma State Univ. |
"La ubicación espacial de XMM-Newton y los sensibles instrumentos de rayos X fueron clave para observar las etapas posteriores de esta explosión, varios meses después de su aparición", dice el científico del proyecto XMM-Newton de la ESA, Norbert Schartel.
"En estos momentos, las huellas digitales de la estrella progenitora eran más claras, pero la fuente en sí era tan tenue que solo los instrumentos de XMM-Newton eran lo suficientemente sensibles como para tomar las medidas detalladas necesarias para caracterizar la explosión".
Una serie de misiones espaciales y terrestres participaron en el descubrimiento y caracterización de GRB130925A. Junto con las observaciones de XMM-Newton, los astrónomos que participaron en este estudio también utilizaron datos de rayos X recopilados en diferentes momentos con el telescopio Swift Burst Alert de la NASA, y datos de radio de la matriz compacta de telescopios de Australia de CSIRO.
"Combinar estas observaciones fue crucial para obtener una imagen completa de este evento", agregó Eleonora Troja del Centro de Vuelo Espacial Goddard de la NASA en Maryland, EE. UU., Coautor del artículo.
"Esta nueva comprensión de GRB130925A significa que ahora tenemos fuertes indicios de cómo podría verse una explosión primordial y, por lo tanto, qué buscar en el Universo distante", dice el Dr. Schartel.
La búsqueda requerirá poderosas instalaciones. El Telescopio Espacial James Webb de la NASA / ESA / CSA, un sucesor infrarrojo del Telescopio Espacial Hubble que se lanzará en 2018, y la misión Athena planeada por la ESA, un gran observatorio de rayos X que seguirá a XMM-Newton en 2028, tendrán clave Roles a desempeñar.
INFORMACIÓN DE CONTEXTO.
"A Hot Cocoon in the Ultralong GRB 130925A: Hints of a PopIII-like Progenitor in a Low Density Wind Environment" por L. Piro et al. se publica en The Astrophysical Journal Letters, enlace publicación.
GRB130925A activó el telescopio de alerta Swift Burst el 25 de septiembre de 2013 a las 04:11:24 GMT. Integral detectó la emisión temprana de rayos gamma, y posteriormente el estallido fue observado por el monitor de ráfaga de rayos gamma de Fermi, Konus-Wind, el telescopio de rayos X de Swift, Chandra, el detector óptico de infrarrojo cercano / ráfaga de rayos gamma, el Hubble Space Telescope y el CSIRO's Australia Telescope Compact Array. GRB130925A estaba ubicado en una galaxia tan lejana que su luz ha estado viajando por 3.900 millones de años.
El XMM-Newton de la ESA se lanzó en diciembre de 1999. El satélite científico más grande que se haya construido en Europa, también es uno de los observatorios de rayos X más sensibles que se haya visto. Más de 170 espejos cilíndricos delgados como obleas dirigen la radiación entrante a tres telescopios de rayos X de alto rendimiento. La órbita de XMM-Newton lo lleva casi un tercio del camino a la Luna, lo que permite vistas largas e ininterrumpidas de objetos celestes.
CONTACTOS
Markus Bauer
Oficial de Comunicación de Ciencia y Exploración Robótica de la ESA
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Multitud: +31 61 594 3 954
Correo electrónico: markus.bauer@esa.int
Luigi Piro
Istituto Astrofisica e Planetologia Spaziali, INAF
Roma, Italia
Tel: +39 06 4993 4007
Correo electrónico: Luigi.Piro@iaps.inaf.it
Eleonora Troja
Centro de vuelo espacial Goddard de la NASA
Tel: +1 301 286 0941
Correo electrónico: Eleonora.Troja@nasa.gov
Norbert Schartel
Científico del Proyecto XMM-Newton
Tel: +34 91 8131 184
Correo electrónico: Norbert.Schartel@sciops.esa.int
• Publicado en XMM-Newton el 11 de julio del 2014, enlace publicación.
