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La mayor EXPLOSIÓN del Universo es captada por la cámara

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Impresión artística de un chorro relativista de un estallido de rayos gamma (GRB), saliendo de una estrella que colapsa y emitiendo fotones de muy alta energía.

Una explosión masiva de rayos gamma a más de mil millones de años luz de la Tierra es la explosión más grande del Universo jamás capturada por la cámara por los astrónomos.

El evento explosivo supuso la muerte de una estrella y el inicio de su transformación en un agujero negro, según expertos del Sincrotrón de Electrones Alemán en Hamburgo.

Este fue un estallido masivo de rayos gamma, compuesto por una combinación de rayos X brillantes y destellos de rayos gamma observados en el cielo, emitidos por fuentes extragalácticas distantes.

Fue detectado por los telescopios espaciales Fermi y Swift, con el apoyo del telescopio del Sistema Estereoscópico de Alta Energía (HESS) en Namibia.

Impresión artística de un chorro relativista de un estallido de rayos gamma (GRB), saliendo de una estrella que colapsa y emitiendo fotones de muy alta energía.

¿QUÉ CAUSÓ LA RÁFAGA EXPLOSIVA?

En una galaxia distante, una estrella masiva moribunda colapsa, creando una estrella de neutrones o un agujero negro.

En el proceso, se forman dos chorros de plasma relativistas verticales, que rompen la envoltura de la estrella.

La estrella finalmente explota en una supernova. Los chorros de plasma atraviesan el gas circundante y recogen electrones.

Estos electrones son desviados por campos magnéticos en el chorro y acelerados por la onda de choque.

Con cada desviación, los electrones rápidos emiten partículas de luz en el rango de rayos X y rayos gamma.

Esta luz se llama radiación de sincrotrón y se enfoca en la dirección del haz de plasma mediante efectos relativistas.

Si miras directamente al chorro desde el frente, el evento se vuelve visible como un estallido de rayos gamma.

Aproximadamente 900 millones de años después, la radiación de este estallido de rayos gamma llega a la Tierra y es registrada por satélites y telescopios.

A pesar de estar a mil millones de años luz de la Tierra, esto se considera dentro de nuestro ‘patio trasero cósmico’, proveniente de la constelación de Eridanus.

Es la radiación más enérgica y con el resplandor de rayos gamma más largo de cualquier estallido de rayos gamma descubierto hasta la fecha, dice el equipo alemán que lo detectó.

Los estallidos anteriores de rayos gamma han estado a una distancia promedio de 20 mil millones de años luz.

La explosión, denominada GRB 190829A, se detectó por primera vez el 29 de agosto de 2019.

«Las observaciones con HESS desafían la idea establecida de cómo se producen los rayos gamma en estas colosales explosiones estelares que son los gritos de nacimiento de los agujeros negros», dijo el equipo.

El Dr. Andrew Taylor, del Sincrotrón de Electrones Alemán (DESY), coautor del informe, dijo que estaban «en la primera fila» cuando ocurrió el estallido de rayos gamma.

«Pudimos observar el resplandor crepuscular durante varios días y energías de rayos gamma sin precedentes», explicó el científico de DESY.

La distancia comparativamente corta hasta este estallido de rayos gamma permitió mediciones detalladas del espectro del resplandor, es decir, la distribución de las energías fotónicas de la radiación en un rango de energía muy alto.

La coautora Edna Ruiz-Velasco, estudiante de doctorado del Instituto Max Planck de Física Nuclear en Alemania, también participó en la investigación.

Ella dijo que pudieron determinar su espectro hasta 3.3 tera-electronvoltios, o un billón de veces más energético que los fotones dentro de la luz visible.

«Esto es lo excepcional de este estallido de rayos gamma: sucedió en nuestro patio trasero cósmico», explicó Ruiz-Velasco.

«Los fotones de muy alta energía no fueron absorbidos en colisiones con la luz de fondo en su camino a la Tierra, como ocurre en distancias mayores en el cosmos».

El equipo pudo seguir el resplandor de GRB 190829A, solo el cuarto estallido de rayos gamma detectado desde el suelo, hasta tres días después de la explosión inicial.

Sin embargo, las explosiones detectadas anteriormente ocurrieron mucho más lejos y su resplandor solo se pudo observar durante unas pocas horas cada una y con energías mucho más bajas.

La científica de DESY Sylvia Zhu, una de las autoras del artículo, dijo que estas explosiones son las explosiones más grandes en el universo, causadas por el colapso de una estrella que gira rápidamente.

Los rayos X del estallido de rayos gamma fueron detectados por el satélite Swift de la NASA en la órbita de la Tierra.  Los rayos gamma de muy alta energía ingresaron a la atmósfera e iniciaron lluvias de aire que fueron detectadas por los telescopios HESS desde el suelo (impresión del artista)

Los rayos X del estallido de rayos gamma fueron detectados por el satélite Swift de la NASA en la órbita de la Tierra. Los rayos gamma de muy alta energía ingresaron a la atmósfera e iniciaron lluvias de aire que fueron detectadas por los telescopios HESS desde el suelo (impresión del artista)

¿QUÉ SON LAS EXPLOSIONES DE RAYOS GAMMA?

Los estallidos de rayos gamma (GRB), chorros energéticos de rayos gamma que provienen de los agujeros negros, se pueden crear de dos formas diferentes, lo que resulta en GRB largos o cortos.

Se crean a partir de algunas de las muertes más violentas del universo.

Los GRB largos duran aproximadamente un minuto y los científicos creen que son producidos por una supernova: cuando el núcleo de una estrella masiva colapsa para convertirse en un agujero negro.

Los GRB cortos duran un segundo y se producen cuando dos estrellas de neutrones se fusionan.

Estas estrellas se encuentran en sus momentos finales antes de convertirse en un agujero negro, cuando una fracción de la energía gravitacional liberada alimenta la producción de una onda expansiva ultrarelativista, detectada como una explosión de rayos gamma.

«Su emisión se divide en dos fases distintas: una fase inicial caótica rápida que dura decenas de segundos, seguida de una fase de resplandor de larga duración que se desvanece suavemente», explicó Zhu.

El equipo podría seguir el resplandor hasta tres días después de la explosión inicial. El resultado fue una sorpresa ya que las observaciones revelaron curiosas similitudes entre los rayos X y las emisiones de rayos gamma de muy alta energía del resplandor crepuscular.

Las teorías establecidas asumen que los dos componentes de la emisión deben ser producidos por un mecanismo separado, similar a cómo los aceleradores de partículas en la Tierra producen rayos X brillantes para las investigaciones científicas.

Sin embargo, según las teorías existentes, parecía muy poco probable que incluso las explosiones más poderosas del universo pudieran acelerar los electrones lo suficiente como para producir directamente los rayos gamma de muy alta energía observados.

Esto se debe a un «límite de combustión», que está determinado por el equilibrio de aceleración y enfriamiento de las partículas dentro de un acelerador en la Tierra.

Pero las observaciones del resplandor crepuscular de GRB 190829A ahora muestran que ambos componentes, rayos X y rayos gamma, se desvanecieron en sincronía. Además, el espectro de rayos gamma coincidía claramente con una extrapolación del espectro de rayos X.

Juntos, estos resultados son una fuerte indicación de que los rayos X y los rayos gamma de muy alta energía en este resplandor se produjeron por el mismo mecanismo.

Impresión artística de fotones de muy alta energía de un estallido de rayos gamma que ingresa a la atmósfera de la Tierra e inicia lluvias de aire que están siendo registradas por los telescopios del Sistema Estereoscópico de Alta Energía (HESS) en Namibia.

Impresión artística de fotones de muy alta energía de un estallido de rayos gamma que ingresa a la atmósfera de la Tierra e inicia lluvias de aire que están siendo registradas por los telescopios del Sistema Estereoscópico de Alta Energía (HESS) en Namibia.

« Es bastante inesperado observar características espectrales y temporales tan notablemente similares en los rayos X y las bandas de energía de rayos gamma de muy alta energía, si la emisión en estos dos rangos de energía tuviera diferentes orígenes », dice el coautor Dmitry Khangulyan de Universidad de Rikkyo en Tokio.

La implicación de gran alcance de esta posibilidad pone de relieve la necesidad de realizar más estudios sobre la emisión de resplandor crepuscular de GRB de muy alta energía.

El portavoz de HESS, Stefan Wagner, dijo que las perspectivas para la detección de explosiones de rayos gamma por instrumentos de próxima generación parecen prometedoras.

Esto incluye el conjunto de telescopios Cherenkov que se está construyendo actualmente en los Andes chilenos y en la isla canaria de La Palma.

«La abundancia general de estallidos de rayos gamma nos lleva a esperar que las detecciones regulares en la banda de muy alta energía se vuelvan bastante comunes, ayudándonos a comprender completamente su física», dijo.

El artículo fue publicado en la revista Ciencias.

LA SUPERNOVA OCURRE CUANDO EXPLOTA UNA ESTRELLA GIGANTE

Una supernova ocurre cuando una estrella explota, lanzando escombros y partículas al espacio.

Una supernova arde solo por un corto período de tiempo, pero puede decirles mucho a los científicos sobre cómo comenzó el universo.

Un tipo de supernova ha demostrado a los científicos que vivimos en un universo en expansión, uno que crece a un ritmo cada vez mayor.

Los científicos también han determinado que las supernovas juegan un papel clave en la distribución de elementos por todo el universo.

En 1987, los astrónomos detectaron una 'supernova titánica' en una galaxia cercana ardiendo con el poder de más de 100 millones de soles (en la foto)

En 1987, los astrónomos detectaron una ‘supernova titánica’ en una galaxia cercana ardiendo con el poder de más de 100 millones de soles (en la foto)

Hay dos tipos conocidos de supernovas.

El primer tipo ocurre en los sistemas estelares binarios cuando una de las dos estrellas, una enana blanca de carbono-oxígeno, roba materia de su estrella compañera.

Finalmente, la enana blanca acumula demasiada materia, lo que hace que la estrella explote, lo que resulta en una supernova.

El segundo tipo de supernova ocurre al final de la vida de una sola estrella.

A medida que la estrella se queda sin combustible nuclear, parte de su masa fluye hacia su núcleo.

Finalmente, el núcleo es tan pesado que no puede soportar su propia fuerza gravitacional y el núcleo colapsa, lo que resulta en otra explosión gigante.

Muchos elementos que se encuentran en la Tierra se forman en el núcleo de las estrellas y estos elementos viajan para formar nuevas estrellas, planetas y todo lo demás en el universo.



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