La explosión de una kilonova pone 'patas arriba' lo que creíamos saber sobre los estallidos de rayos gamma (GRB)

Ahora, la detección de un GRB largo que comparte todas sus propiedades (excepto la duración) con los GRB cortos ha puesto estas creencias, literalmente, 'patas arriba'. El inusual fenómeno se describe en cinco artículos diferentes publicados esta semana en Nature y Nature Astronomy.

El 11 de diciembre de 2021 se observó un brillante estallido de rayos gamma, identificado como GRB 211211A, que duró alrededor de un minuto (50 segundos) y que venía de una galaxia a 1.100 millones de años luz de distancia. La duración del fenómeno, relativamente larga, indicaría normalmente el colapso de una estrella masiva en una supernova. Pero este evento en concreto contenía un exceso de luz infrarroja, fue mucho más débil y se desvaneció más rápido de lo que suele hacer una supernova clásica, lo que sugiere que algo diferente estaba sucediendo. En varios de los estudios se demuestra que esa luz infrarroja detectada en el estallido procedía de una kilonova, un raro evento que tiene lugar cuando dos estrellas de neutrones, o una estrella de neutrones y un agujero negro, chocan y se fusionan, produciendo grandes cantidades de elementos pesados como oro y platino. Es el caso del primero de los artículos, dirigido por Eleonora Troja, de la Universidad de Roma.

En el segundo, un equipo capitaneado por Jillian Ratinejad, de la Universidad de Northwestern, en Illinois, llega a la misma conclusión y sugiere que las curvas de luz observadas en el GRB (que normalmente no se ven en los eventos largos asociados a supernovas), podrían ser indicativos de un evento de fusión. Según Matt Nicholl, coautor de esta investigación, «descubrimos que este evento produjo alrededor de 1.000 veces la masa de la Tierra en elementos muy pesados. Esto apoya la idea de que estas kilonovas son las principales fábricas de oro del Universo».

El hallazgo, por lo tanto, cambia también el modo en que los astrofísicos pueden buscar el origen de los elementos pesados. Aunque los investigadores han podido estudiar a fondo las 'fábricas astronómicas' que producen los elementos más ligeros, como helio, silicio y carbono, la creación 'en directo' de grandes cantidades de elementos pesados es algo que se ha observado muy pocos veces.

En palabras de Ratinejad, en principio el evento se parece «a cualquier otro que hayamos visto antes de un estallido largo de rayos gamma». Y dado que todas las demás fusiones de estrellas de neutrones confirmadas iban acompañadas de ráfagas que duraban menos de dos segundos, «teníamos todos los motivos para esperar que este GRB de 50 segundos hubiera sido creado por el colapso de una estrella masiva. Este evento representa un cambio de paradigma emocionante para la astronomía de estallidos de rayos gamma»

Bin-Bin Zhang y sus colegas de la universidad china de Nanjing, señalan por su parte en el tercer estudio que el estallido en sí, a pesar de mostrar las características de un GRB corto, es demasiado largo para incluirlo en esta categoría, y sugieren la existencia de un 'nuevo progenitor' que pueda explicar tanto las emisiones de rayos gamma como la kilonova.

Normalmente, un GRB es seguido por un resplandor que puede llegar a durar incluso varios días y que se comporta de una forma muy característica, que puede ser modelada por los científicos.

El cuarto estudio, dirigido por Alessio Mei, del Instituto de Ciencias de Gran Sasso, en Italia, informa de que las emisiones de rayos gamma de alta energía del GRB empezaron alrededor de 16 minutos después del GRB y duraron más de 5 horas. Los investigadores proponen que son producidos por los fotones liberados la kilonova. Y en el quinto y último estudioBenjamin Gompertz, de la universidad británica de Birmingham, y sus colegas explican que la radiación de alta energía emitida por GRB 211211A es consistente con un escenario impulsado por una fusión.

En este caso, los investigadores utilizaron el Telescopio Espacial de Rayos Gamma Fermi y el Observatorio Neil Gehrels Swift para observar el evento durante un período de 5 minutos, y descubrieron que la emisión de alta energía es generada por electrones que se mueven cerca de la velocidad de la luz. Según una posible explicación, estos electrones relativistas pueden haber sido acelerados en un flujo de salida por el 'protomagnetar' que se crea durante el proceso de fusión.

Según Gompertz, «se trata de un GRB notable. Normalmente, no esperamos que las fusiones duren más de dos segundos. Pero, de alguna manera, está impulsó un 'jet' durante casi un minuto completo. Es posible que el comportamiento pueda explicarse por una estrella de neutrones de larga duración, pero no podemos descartar que lo que vimos fuera una estrella de neutrones destrozada por un agujero negro. Estudiar más de estos eventos nos ayudará a determinar cuál es la respuesta correcta y la información detallada que obtuvimos de GRB 211211A será invaluable para esta interpretación».

Juntos, estos hallazgos dan a los científicos una nueva perspectiva sobre el origen y la naturaleza de los GRB extraños que hasta ahora desafiaban la comprensión de estos fenómenos.