Un estallido corto de rayos gamma hace plantear las teorías sobre sus orígenes

Redacción

Unos astrónomos han descubierto el segundo estallido corto de rayos gamma confirmado más distante (SGRB) jamás estudiado usando dos observatorios de Maunakea en Hawái, el Observatorio W. M. Keck y el Observatorio Géminis.

Las observaciones confirman que el objeto se halla a 10.000 millones de años-luz de distancia, situándolo en la época del mediodía cósmico cuando el universo estaba en sus “años de adolescencia” y formando rápidamente estrellas.

La aparición de un estallido corto de rayos gamma en un momento tan temprano podría alterar las teorías sobre sus orígenes, en particular el tiempo que tardan dos estrellas de neutrones en fusionarse y producir estas poderosas explosiones, así como el ritmo de las fusiones de estrellas de neutrones en el joven universo.

Según Kerry Paterson, asociado postdoctoral del Centro de Exploración e Investigación Interdisciplinaria en Astrofísica (CIERA) de la Universidad Northwestern y autor principal del estudio, “nuestra investigación sugiere que las fusiones de estrellas de neutrones podrían ocurrir sorprendentemente rápido para algunos sistemas, de manera que a ciertos sistemas binarios de estrellas de neutrones les bastaría girar una alrededor del otra durante menos de mil millones de años para acabar creando un SGRB”. El estudio se publicará en The Astrophysical Journal Letters.

Los SGRB son estallidos de luz de rayos gamma de corta duración y alta energía. La luz de rayos gamma dura menos de dos segundos, mientras que la luz óptica puede durar unas horas antes de desvanecerse. Por lo tanto, es crítico un rápido seguimiento del resplandor óptico de estos intensos destellos de radiación de rayos gamma. A las pocas horas de que el Observatorio Neil Gehrels Swift de la NASA detectara el objeto y emitiera una alerta mundial, el equipo de Paterson rápidamente apuntó los telescopios Géminis Norte y Keck I hacia la ubicación del SGRB.

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El resplandor del GRB181123B capturado por el telescopio Géminis Norte en Maunakea en Hawái. El resplandor está marcado con un círculo. (Foto: International Gemini Observatory/NOIRLab/NSF/AURA/K. Paterson & W. Fong, Northwestern University; Image Processing: Travis Rector, University of Alaska Anchorage/Mahdi Zamani/ Davide de Martin)

Usando el Espectrógrafo Multi-Objetos del Géminis seguido por el Espectrógrafo Multi-Objetos para Exploración Infrarroja (MOSFIRE) del Observatorio Keck, los investigadores fueron capaces de medir el muy tenue resplandor del objeto, que se llama GRB181123B porque fue el segundo estallido descubierto el 23 de noviembre de 2018.

“Era irreal”, dijo Wen-fai Fong, profesor asistente de física y astronomía en la Universidad Northwestern y co-autor del estudio. “Estaba en Nueva York con mi familia y había terminado de tener una gran cena de Acción de Gracias. Justo cuando me había dormido, la alerta sonó y me despertó. Aunque es un poco molesto, literalmente nunca se sabe cuándo se va a hacer un gran descubrimiento como este. Inmediatamente activé las observaciones de Géminis y avisé a Kerry. Afortunadamente, ella estaba observando en Keck esa noche y fue capaz de reorganizar su plan de observación original y reorientar el telescopio hacia el estallido corto de rayos gamma”.

“Fue una gran descarga de adrenalina estar en Keck cuando se disparó la alerta del SGRB y personalmente mover el telescopio hacia el objeto para capturar los datos apenas unas horas después de la explosión”, dijo Paterson.

Los el estallido corto de rayos gamma localizados con precisión son raros, ya que típicamente solo se detectan 7-8 por año. Para determinar la distancia de GRB181123B, el equipo obtuvo espectros de su galaxia anfitriona a través de observaciones de seguimiento, usando el instrumento DEep Imaging and Multi-Object Spectrograph (DEIMOS) del Observatorio Keck.

“Una vez que obtuvimos el espectro óptico de DEIMOS, estaba claro que este evento era uno de los SGRBs más distantes medidos, lo que impulsó aún más nuestra investigación para determinar su distancia exacta”, dijo Paterson.

Esto llevó al equipo a recoger observaciones adicionales con el Observatorio Keck, junto con el telescopio Gemini South en Chile y el Telescopio Multi-Espejo en Arizona. Con una distancia calculada por un corrimiento cosmológico al rojo de 1,754, los datos confirmaron que el objeto es el estallido corto de rayos gamma de alta fiabilidad más distante con detección óptica de su resplandor jamás encontrado.

“La identificación de ciertos patrones en el espectro, junto con los colores de la galaxia según los tres observatorios, nos permitió limitar con precisión la distancia y concretarla como uno de los SGRB más distantes hasta la fecha en 16 años de operaciones del observatorio espacial Swift”, dijo Paterson.

Una vez que el equipo identificó la galaxia anfitriona, pudieron determinar las propiedades clave de la población estelar madre dentro de la galaxia que produjo el SGRB.

“Realizar ‘análisis forenses’ para comprender el entorno local de los SGRB y el aspecto de sus galaxias de origen puede decirnos mucho sobre la física subyacente de estos sistemas, como por ejemplo, cómo se forman los progenitores de los SGRB y cuánto tiempo tardan en fusionarse”, dijo Fong. “Ciertamente no esperábamos descubrir un SGRB extremadamente distante, ya que son muy raros y débiles, ¡pero nos sorprendió gratamente! Esto nos motiva a ir a por todos los que podamos”.

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