Miércoles 19 de enero de 2022, 19:55 (TU)

Estudian el entorno de los estallidos «oscuros» de rayos gamma

Observaciones llevadas a cabo por un equipo de astrónomos japoneses mediante el complejo de radiotelescopios ALMA en Atacama, Chile, han permitido establecer de forma directa y por primera vez cuáles son las proporciones de gas molecular y polvo en el interior de una galaxia fuente de estallidos de rayos gamma, las explosiones más grandes que ocurren en el universo observable.

Los estallidos de rayos gamma (GRBs, por sus siglas en inglés) consisten en intensas explosiones de altísima energía observadas en galaxias distantes. Aquellos que duran más de un par de segundos representan aproximadamente el 70% de los GRB observados, y son conocidos como estallidos de rayos gamma de larga duración (LGRB). Se los asocia con las explosiones de supernovas o hipernovas, potentes detonaciones que ocurren al final de la vida de las estrellas masivas. Los desarrollos llevados a cabo en la última década han reconocido una nueva clase de GRB con estallidos de menos de dos segundos, los GRB de corta duración, probablemente debidos a la fusión de estrellas de neutrones y no asociados con supernovas o hipernovas.

En cuestión de segundos, un estallido de rayos gamma típico libera tanta energía como la que habrá liberado una estrella como el Sol a lo largo de diez mil millones de años. La explosión en sí misma suele estar seguida de una emisión que va apagándose poco a poco, conocida como brillo residual (afterglow), que se cree tiene su origen en las colisiones entre el material expulsado y el gas circundante. Sin embargo, algunos estallidos de rayos gamma parecen no tener un brillo residual, por lo cual se los denomina «GRB oscuros». Hasta el momento, una posible explicación era que las nubes de polvo circundantes absorbían la radiación del brillo residual. Sin embargo, no existía ningún resultado observacional para respaldar esta teoría.

En los últimos años, los astrónomos han intentado comprender mejor cómo se forman los GRB estudiando sus galaxias anfitrionas. Dentro de estas galaxias, los investigadores esperaban encontrar estrellas masivas progenitoras de los GRB en regiones activas de formación estelar, que podrían estar rodeadas por una gran cantidad de gas molecular, el combustible para la formación de estrellas. El equipo encabezado por Bunyo Hatsukade, del Observatorio Astronómico Nacional de Japón en Chile, observó a GRB 020819B y GRB 020819B, dos galaxias que presentan estallidos de rayos gamma situadas a 4.300 millones y 6.900 millones de años luz, respectivamente.

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Estas emisiones de radio detectadas por el observatorio ALMA muestran las mediciones del gas molecular (izquierda) y el polvo (centro) en la galaxia anfitriona del GRB 020819B. A la derecha, una imagen de la galaxia en luz visible captada mediante el telescopio Gemini Norte. La cruz indica el lugar donde tuvo lugar el estallido de rayos gamma. Créditos: Bunyo Hatsukade (NAOJ), ALMA (ESO/NAOJ/NRAO).

Nunca se habían detectado emisiones de radio en este tipo de galaxias hasta ahora, lo que resultó posible gracias a la extrema sensibilidad del observatorio ALMA, unas cinco veces superior a la de cualquier otro telescopio usado en investigaciones anteriores. A pesar de que la observación durara sólo 47 minutos y se usaran apenas 27 antenas, es decir, menos de la mitad del número total de antenas disponibles actualmente, los resultados pusieron en evidencia la capacidad revolucionaria de ALMA, incluso en condiciones limitadas.

Sorprendentemente, los científicos detectaron en GRB 020819B una cantidad menor a la esperada de gas molecular, acumulado cerca del centro de la galaxia anfitriona, y en proporción, un entorno extraordinariamente rico en polvo. La proporción de la masa de polvo con respecto a la masa de gas molecular es de un 1 por ciento en el medio interestelar de nuestra Vía Láctea y en galaxias cercanas de formación estelar, pero resulta diez o más veces mayor en la región que rodea al GRB 020819B.

El equipo de Hatsukade cree que la elevada cantidad de polvo comparada con la de gas molecular en las zonas donde se producen estallidos de rayos gamma se debe a sus diferentes reacciones a la radiación ultravioleta. Dado que los enlaces entre los átomos que componen las moléculas se rompen fácilmente por la radiación ultravioleta, el gas molecular no puede sobrevivir en ambientes expuestos a la fuerte radiación ultravioleta producida por las estrellas masivas en su región de formación, incluyendo a la estrella que tarde o temprano explota como el GRB observado.

Aunque los científicos también observaron una distribución similar en GRB 051022, esto aún debe ser confirmado debido a la falta de resolución; la galaxia anfitriona del GRB 051022 está situada mucho más lejos que la que alberga al GRB 020819B.

En cualquier caso, estas observaciones apoyan la hipótesis de que el polvo que absorbe la radiación del brillo residual es el responsable de generar explosiones oscuras de rayos gamma. «Tenemos que realizar más observaciones con otras galaxias donde haya estallidos de rayos gamma para saber si estas son las condiciones normales de ese tipo de galaxia. Esperamos poder investigar más cuando ALMA haya alcanzado todo su potencia», concluyó Hatsukade.

Fuentes consultadas: ALMA | Nature

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