Un "diminuto" misterio: ¿Qué son las explosiones breves de rayos gamma?

Durante décadas fue un asunto desconcertante. De repente, los astrónomos que observaban con sus telescopios veían emerger ocasionalmente en el oscuro cielo nocturno rápidas explosiones luminosas de alta energía, que parecían bombillas de luz, al otro lado del universo.

Estas explosiones parecían tener una energía imposible: para ser tan brillantes a distancias tan lejanas, debían opacar el brillo de galaxias enteras que contenían cientos de miles de millones de estrellas. Estas explosiones, llamadas Explosiones de Rayos Gamma (Gamma Ray Bursts o GRBs, en idioma inglés), son por mucho los fenómenos más brillantes y energéticos del universo conocido, se ubican en el segundo lugar después del Big Bang (Gran Explosión). Los científicos ignoraban por completo qué podría causarlas.




Concepto artístico de una explosión de rayos gamma.


En la actualidad, los astrónomos ya saben cuáles son las causas de las GRB de larga duración: el colapso y la posterior explosión de una estrella ultramasiva que forma un agujero negro en su núcleo (una explicación que inicialmente propuso Stan Woosley, de la Universidad de California, en San Diego). Pero hay una segunda categoría de GRBs cuyo origen aún es un misterio.

“Las explosiones breves (o de corta duración) no se entienden demasiado. Allí es donde está la frontera [de la investigación] en la actualidad”, dice Neil Gehrels, investigador principal a cargo del satélite Swift de detección de GRBs, de la NASA, en el Centro Goddard para Vuelos Espaciales.

Gehrels y otros investigadores se reunieron esta semana en el Sexto Simposio sobre Explosiones de Rayos Gamma, en Hunstville, Alabama, para discutir sus progresos en éste y otros misterios que rodean al fenómeno. Las explosiones breves de rayos gamma son un tema candente en la orden del día del simposio.

“Habíamos tenido buenas evidencias desde la década de 1990 de que las explosiones de corta duración eran de una clase distinta a las de larga duración”, explica Gehrels. “Tenía que ver con las propiedades de sus rayos gamma”. Las explosiones breves, además de durar menos de aproximadamente 2 segundos, tienen un espectro de emisión distinto. Los rayos gamma de las explosiones de corta duración se inclinan hacia el extremo de muy alta energía del espectro, mientras que las explosiones de larga duración emiten rayos gamma de más baja energía.

Las diferencias se manifestaron en 2005, cuando, por primera vez, los telescopios pudieron captar las luminiscencias de las GRB de corta duración. Los residuos que se volvían tenues no mostraban evidencias de provenir de una supernova, lo cual era un argumento en contra respecto de su origen en el colapso de una estrella masiva. George Ricker, del Instituto Tecnológico de Massachussets, investigador principal del satélite HETE (sigla en idioma inglés de High Energy and Transient Explorer, en español: Satélite Explorador Transitorio de Alta Energía), se hizo famoso por comparar la explosión breve del 9 de julio de 2005 con un “perro que no ladraba”.

En última instancia, la causa de las explosiones breves aún se desconoce. Pero los científicos tienen ya algunas buenas hipótesis.




Arriba: Concepto artístico de la colisión de dos estrellas de neutrones.

La teoría con más aceptación es que estas explosiones se originan en colisiones extremadamente violentas entre pares de estrellas de neutrones. Estas estrellas no son gigantescos globos gaseosos con penachos como las que originan las otras explosiones —una estrella de neutrones se parece más a un núcleo atómico de 12 kilómetros de diámetro. Como los átomos que componen la materia “sólida” normal son casi enteramente espacio vacío, una estrella que está compuesta casi completamente por neutrones apilados unos contra otros es extraordinariamente densa: una pizca de materia de una estrella de neutrones tendría una masa de más de un billón de kilogramos. La densidad y la gravedad de una estrella de neutrones son apenas menores que las de un agujero negro. “Cuando dos de estas estrellas duras chocan una contra la otra, el resultado es una feroz y muy breve explosión. Es como una especie de choque estrepitoso”.

Entonces, ¿cómo podrían los científicos saber si esta explicación es cierta?

Una manera podría ser detectar ondas gravitatorias. Antes de que dos estrellas de neutrones colisionen, una giraría en torno a la otra como un sistema binario. Debido a que sus campos gravitatorios son tan intensos, las estrellas generarían ondas que se propagarían hacia afuera en el tejido del espacio-tiempo: ondas gravitatorias. Conforme las estrellas de neutrones cayeran en espiral una hacia la otra, la frecuencia de estas ondas se incrementaría rápidamente en un patrón característico que se conoce como señal de gorjeo (en idioma inglés: chirp signal).

“Los científicos están tratando de detectar eso ahora mismo”, dice Gehrels. “Es, en última instancia, la mejor manera de verificar el modelo”.

Los científicos del simposio que se realiza en Huntsville discuten acerca del progreso de los detectores de ondas gravitatorias, como el Observatorio Láser de Ondas Gravitatorias por Interferometría (Laser Interferometer Gravitational-wave Observatory o LIGO, en idioma inglés), el cual está ubicado en Hanford, Washington, y en Livingston, Louisiana. Usando rayos láser para medir cuidadosamente las distancias entre pares de espejos montados en los observatorios, los científicos del LIGO pueden llegar a notar pequeños cambios en tales distancias, que solamente se pueden dar si las sutiles ondas gravitatorias atravesaran la Tierra.

También existen otras explicaciones posibles para las GRB de corta duración, pero solamente los datos de experimentos como el LIGO podrían determinar cuál es la verdadera causa de estas misteriosas explosiones celestes.

El Sexto Simposio sobre Explosiones de Rayos Gamma de Huntsville 2008 está patrocinado por los proyectos Fermi y Swift de la NASA y es presentado por el Equipo Fermi GBM, cuya base se encuentra en el Centro Marshall para Vuelos Espaciales, ubicado en Huntsville.

Fuente | NASA

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