La explosión cósmica más brillante jamás detectada tenía otras características únicas

Un chorro de partículas atraviesa una estrella cuando colapsa en un agujero negro durante un estallido típico de rayos gamma, como se muestra en el concepto de este artista. El chorro creado por el estallido de rayos gamma 221009A tenía algunas características únicas.

Las observaciones realizadas por el telescopio de rayos X NuSTAR de la NASA brindan a los astrónomos nuevas pistas sobre el estallido de rayos gamma más brillante y energético jamás detectado.

Cuando los científicos detectaron el estallido de rayos gamma conocido como GRB 221009A el 9 de octubre de 2022, lo llamaron el más brillante de todos los tiempos, o BOAT. La mayoría de los estallidos de rayos gamma ocurren cuando el núcleo de una estrella más masiva que nuestro Sol colapsa y se convierte en un agujero negro. Estos eventos liberan regularmente tanta energía en unos pocos minutos como la que liberará nuestro Sol en toda su vida. Los estudios de seguimiento mostraron que GRB 221009A era 70 veces más brillante y mucho más energético que el poseedor del récord anterior. Si bien los científicos aún no entienden por qué, han recibido una pista tentadora del observatorio NuSTAR (Nuclear Spectroscopic Telescope Array) de la NASA.

En un estudio publicado el 7 de junio en la revista Science Advances, los científicos usaron las observaciones de NuSTAR del evento para mostrar cómo la estrella que colapsaba expulsó un chorro de material que tenía una forma que no se había observado previamente entre los chorros de rayos gamma, así como otros chorros únicos. características. Es posible que la fuente de estas distinciones sea la estrella progenitora, cuyas propiedades físicas podrían influir en las características del estallido. También es posible que un mecanismo completamente diferente lance los chorros más brillantes al espacio.

El tipo de explosión más enérgico del universo, un estallido de rayos gamma, se puede detectar a miles de millones de años luz de distancia. GRB 221009A era tan luminoso que cegó efectivamente a la mayoría de los instrumentos de rayos gamma en el espacio cuando se detectó el 9 de octubre de 2022.

"Este evento fue mucho más brillante y más enérgico que cualquier explosión de rayos gamma que hayamos visto antes, ni siquiera está cerca", dijo Brendan O'Connor, autor principal del nuevo estudio y astrónomo de la Universidad George Washington en Washington. "Luego, cuando analizamos los datos de NuSTAR, nos dimos cuenta de que también tiene esta estructura de chorro única. Y eso fue realmente emocionante, porque no tenemos forma de estudiar la estrella que produjo este evento; ahora se ha ido. Pero ahora tenemos algunos datos que nos dan pistas sobre cómo explotó".

El telescopio espacial Hubble capturó el resplandor infrarrojo (encerrado en un círculo) del estallido de rayos gamma conocido como GRB 221009A y su galaxia anfitriona. Este compuesto incorpora imágenes tomadas el 8 de noviembre y el 4 de diciembre de 2022, aproximadamente uno y dos meses después de la erupción. El resplandor puede permanecer detectable durante varios años.

Los rayos gamma son la forma de luz más energética del universo pero invisibles para el ojo humano. Todos los estallidos de rayos gamma conocidos se han originado en galaxias fuera de nuestra Vía Láctea, pero son lo suficientemente brillantes como para detectarse a miles de millones de años luz de distancia. Algunos parpadean y duran menos de dos segundos, mientras que los llamados estallidos largos de rayos gamma suelen irradiar rayos gamma durante un minuto o más. Estos objetos pueden irradiar otras longitudes de onda durante semanas.

GRB 221009A, un estallido largo de rayos gamma, fue tan brillante que cegó efectivamente a la mayoría de los instrumentos de rayos gamma en el espacio. Los científicos estadounidenses pudieron reconstruir este evento con datos del telescopio espacial de rayos gamma Fermi de la NASA para determinar su brillo real. (El BOAT también fue detectado por los telescopios espaciales Hubble y James Webb de la NASA, la nave espacial Wind y Voyager 1 de la agencia, así como la ESA, o la Agencia Espacial Europea, Solar Orbiter).

Al igual que otros estallidos de rayos gamma, GRB 221009A tuvo un chorro que surgió de la estrella que colapsa como si hubiera sido disparado al espacio desde una manguera contra incendios, con rayos gamma que irradian del gas caliente y las partículas en el núcleo del chorro. Pero el jet de GRB 221009A se destacó de varias maneras. En casi todos los estallidos de rayos gamma observados anteriormente, el chorro permaneció notablemente compacto y hubo poca o ninguna luz o material perdido fuera del estrecho haz. (De hecho, los estallidos de rayos gamma son tan compactos que los rayos gamma solo se pueden observar cuando sus chorros apuntan casi directamente a la Tierra).

Por el contrario, en GRB 221009A, el avión tenía un núcleo estrecho con lados inclinados más anchos. Algunos de los chorros de rayos gamma más energéticos han mostrado propiedades similares, pero el chorro del BARCO era único en un aspecto importante: la energía del material en GRB 221009A también variaba, lo que significa que en lugar de que todo el material del chorro tuviera la misma energía, como una sola bala disparada por un arma, la energía del material cambió con la distancia desde el núcleo del chorro. Esto nunca antes se había observado en un chorro largo de explosión de rayos gamma.

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"La única forma de producir una estructura de chorro diferente y variar la energía es variar alguna propiedad de la estrella que explotó, como su tamaño, masa, densidad o campo magnético", dijo Eleonora Troja, profesora de física en la Universidad de Rome, quien dirigió a NuSTAR las observaciones del evento. "Eso se debe a que el chorro básicamente tiene que forzar su salida de la estrella. Entonces, por ejemplo, la cantidad de resistencia que encuentra podría influir potencialmente en las características del chorro".

Los astrónomos pueden ver la luz de los chorros de rayos gamma, pero la distancia significa que no pueden resolver las imágenes de los chorros directamente. Los investigadores tienen que interpretar la luz de estos eventos para conocer las características físicas de los objetos lejanos. Es algo así como mirar huellas en la nieve e inferir algo sobre los rasgos físicos de la persona que las dejó.

En muchos casos, puede haber más de una explicación posible para la luz de un evento cósmico. Más de un telescopio de rayos X observó GRB 221009A, incluido el Observatorio Neil Gehrels Swift de la NASA y el Explorador de composición interior de estrellas de neutrones (NICER), así como el telescopio XMM-Newton de la ESA. Los datos de NuSTAR ayudaron a reducir esas posibilidades. Muestra que cuando el chorro viajó al espacio, chocó con el medio interestelar, o el escaso mar de átomos y partículas que llena el espacio entre las estrellas. Esta colisión creó rayos X, partículas de luz ligeramente menos energéticas que los rayos gamma.

"Hay múltiples telescopios de rayos X operando en el espacio, cada uno con diferentes fortalezas que pueden ayudar a los astrónomos a comprender mejor estos objetos cósmicos", dijo Daniel Stern, científico del proyecto NuSTAR en el Laboratorio de Propulsión a Chorro de la NASA en el sur de California.

Una misión Small Explorer dirigida por Caltech y administrada por JPL para la Dirección de Misiones Científicas de la NASA en Washington, NuSTAR se desarrolló en asociación con la Universidad Técnica Danesa y la Agencia Espacial Italiana (ASI). La nave espacial fue construida por Orbital Sciences Corp. en Dulles, Virginia. El centro de operaciones de la misión de NuSTAR se encuentra en la Universidad de California, Berkeley, y el archivo de datos oficial se encuentra en el Centro de Investigación del Archivo de Ciencias de Astrofísica de Alta Energía de la NASA en el Centro de Vuelo Espacial Goddard de la agencia en Greenbelt, Maryland. ASI proporciona la estación terrestre de la misión y un archivo de datos espejo. Caltech administra JPL para la NASA.

Para obtener más información sobre la misión NuSTAR, visite:

https://www.nustar.caltech.edu/

Calla Cofield

Laboratorio de Propulsión a Chorro, Pasadena, California.

626-808-2469

[email protected]

2023-083

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