Las explosiones de rayos gamma se encuentran entre los eventos más energéticos y explosivos del universo. También son de corta duración, duran desde unos pocos milisegundos hasta aproximadamente un minuto. Esto ha dificultado que los astrónomos observen una explosión de rayos gamma endetalle.
Utilizando una amplia gama de observaciones de telescopios terrestres y espaciales, un equipo internacional dirigido por astrónomos de la Universidad de Maryland construyó una de las descripciones más detalladas de una explosión de rayos gamma hasta la fecha. El evento, llamado GRB160625B, reveló detalles clavesobre la fase inicial "rápida" de los estallidos de rayos gamma y la evolución de los grandes chorros de materia y energía que se forman como resultado del estallido. Los hallazgos del grupo se publican en la edición del 27 de julio de 2017 de la revista Naturaleza .
"Las explosiones de rayos gamma son eventos catastróficos, relacionados con la explosión de estrellas masivas 50 veces el tamaño de nuestro sol. Si clasificaras todas las explosiones en el universo en función de su poder, las explosiones de rayos gamma estarían justo detrás del BigBang ", dijo Eleonora Troja, científica asistente de investigación en el Departamento de Astronomía de la UMD y autora principal del trabajo de investigación." En cuestión de segundos, el proceso puede emitir tanta energía como una estrella del tamaño de nuestro sol en su interior.toda la vida. Estamos muy interesados en saber cómo es posible ".
Las observaciones del grupo proporcionan las primeras respuestas a algunas preguntas de larga data sobre cómo evoluciona un estallido de rayos gamma a medida que la estrella moribunda colapsa para convertirse en un agujero negro. Primero, los datos sugieren que el agujero negro produce un fuerte campo magnético que inicialmentedomina los chorros de emisión de energía. Luego, cuando el campo magnético se descompone, la materia se hace cargo y comienza a dominar los chorros. La mayoría de los investigadores de estallidos de rayos gamma pensaron que los chorros estaban dominados por la materia o el campo magnético, pero no por ambos.Los resultados actuales sugieren que ambos factores juegan un papel clave.
"Ha habido una dicotomía en la comunidad. Encontramos evidencia para ambos modelos, lo que sugiere que los chorros de explosión de rayos gamma tienen una naturaleza dual e híbrida", dijo Troja, quien también es un científico investigador visitante en el Centro de Vuelo Espacial Goddard de la NASA."Los chorros comienzan de forma magnética, pero a medida que crecen, el campo magnético se degrada y pierde su dominio. La materia se hace cargo y domina los chorros, aunque a veces puede sobrevivir un vestigio más débil del campo magnético".
Los datos también sugieren que la radiación sincrotrón, que se produce cuando los electrones se aceleran en una ruta curva o espiral, alimenta la fase inicial extremadamente brillante de la explosión, conocida como la fase "rápida". Los astrónomos consideraron durante mucho tiempo otras dos principalescandidatos además de la radiación sincrotrón: radiación de cuerpo negro, que resulta de la emisión de calor de un objeto, y radiación inversa de Compton, que se produce cuando una partícula acelerada transfiere energía a un fotón.
"La radiación sincrotrón es el único mecanismo de emisión que puede crear el mismo grado de polarización y el mismo espectro que observamos al principio de la explosión", dijo Troja. "Nuestro estudio proporciona evidencia convincente de que la emisión rápida de la explosión de rayos gamma es impulsada porradiación sincrotrón. Este es un logro importante porque, a pesar de décadas de investigación, el mecanismo físico que impulsa las explosiones de rayos gamma aún no se había identificado de manera inequívoca ".
La cobertura integral de GRB160625B de una amplia variedad de telescopios que recopilaron datos en múltiples espectros hizo posible estas conclusiones, dijeron los investigadores.
"Las explosiones de rayos gamma ocurren a distancias cosmológicas, algunas de las cuales se remontan al nacimiento del universo", dijo Alexander Kutyrev, científico investigador asociado en el Departamento de Astronomía de la UMD y coautor del artículo de investigación ".los eventos son impredecibles y una vez que ocurre el estallido, desaparece. Somos muy afortunados de tener observaciones de una amplia variedad de fuentes, especialmente durante la fase rápida, que es muy difícil de capturar ".
El telescopio espacial de rayos gamma Fermi de la NASA detectó por primera vez la emisión de rayos gamma del GRB160625B. Poco después, el telescopio MASTER-IAC con base en tierra, una parte de la red de telescopios robóticos MASTER de Rusia ubicada en el Observatorio del Teide en las Islas Canarias de España, siguiócon observaciones de luz óptica mientras la fase de aviso aún estaba activa.
MASTER-IAC reunió datos críticos sobre la proporción de luz óptica polarizada en relación con la luz total producida por la fase rápida. Debido a que la radiación sincrotrón es uno de los pocos fenómenos que pueden crear luz polarizada, estos datos proporcionaron el enlace crucialentre la radiación sincrotrónica y la fase rápida de GRB160625B.
Un campo magnético también puede influir en la cantidad de luz polarizada que se emite a medida que pasa el tiempo y la explosión evoluciona. Debido a que los investigadores pudieron analizar datos de polarización que abarcaron casi todo el período de tiempo de la explosión, un logro raro, pudieronpara discernir la presencia de un campo magnético y rastrear cómo cambió a medida que progresaba GRB160625B
"Hay muy pocos datos sobre la emisión polarizada de los estallidos de rayos gamma", dijo Kutyrev, quien también es científico asociado en el Centro de Vuelo Espacial Goddard de la NASA. "Esta explosión fue única porque detectamos el estado de polarización en una etapa temprana".Esto es difícil de hacer porque requiere un tiempo de reacción muy rápido y hay relativamente pocos telescopios con esta capacidad. Este documento muestra cuánto se puede hacer, pero para obtener resultados como este constantemente, necesitaremos nuevas instalaciones de respuesta rápida para observarráfagas de rayos gamma "
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Materiales proporcionados por Universidad de Maryland . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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