Nuevos conocimientos sobre las explosiones de rayos gamma gracias una supernova cercana

Representación artística de la hipernova. Crédito: Anna Serena Esposito

Los brotes de rayos gamma son las explosiones más poderosas en el cosmos. Estas explosiones duran varios segundos y emiten la misma cantidad de luz que casi todas las estrellas en el universo. Dichas cantidades extremas de energía solo pueden liberarse durante eventos catastróficos como la muerte de una estrella muy masiva, y también producen supernovas o hipernovas visibles, siendo esta última de 5 a 50 veces más energética que las supernovas. 

Si bien la conexión entre los BRG y las hipernovas ha sido bien establecida, aún no está claro por qué algunas hipernovas no tienen BRG asociados. A través de la observación detallada de una hipernova cercana y rara, un equipo internacional de investigadores que incluye a Chryssa Kouveliotou , profesora de física en la Universidad George Washington, descubrió el eslabón perdido que conecta las hipernovas con los BRG en forma de un capullo caliente alrededor de los chorros de materia. Expulsado por el motor central ya que estos se extienden a través de las capas externas de la estrella progenitora. 

"Para un puñado de hipernovas no acompañadas por BRG, se había observado un exceso de material de alta velocidad en sus espectros ópticos, que se había atribuido a unenvoltorio térmico, a saber, un chorro que nunca logró salir del interior a la superficie de es su estrella progenitora, "dijo el Dr. Kouveliotou. "Con este evento reciente, mostramos que el chorro proporcionó una parte significativa de su energía al envoltorio, lo que permitió que tanto el chorro como los rayos gamma salieran de la superficie de la estrella. Esta fue la primera vez que realmente pudimos echar un vistazo. ¡directamente en el centro de una estrella masiva que se derrumba! 

El nuevo descubrimiento fue anunciado en la investigación, "Las firmas de un envoltorio a reacción en los primeros espectros de una supernova asociada con una explosión de rayos" que ha sido publicada en la revista Nature. El equipo internacional estuvo liderado por Luca Izzo, investigadora del Instituto de Astrofísica de Andalucía en España. El Dr. Kouveliotou fue uno de los dos investigadores del equipo con sede en los Estados Unidos. 

El 5 de diciembre de 2017, los investigadores descubrieron un BRG de larga duración en una galaxia espiral a unos 500 millones de años luz de la Tierra, el cuarto BRG más cercano de larga duración jamás observado. Dado que este BRG, etiquetado como 171205A, estaba tan cerca de la Tierra y detectado tan temprano, pudieron monitorear la evolución de la fuente diariamente con los telescopios más grandes del mundo. Este esfuerzo de colaboración permitió a los investigadores capturar un nivel sin precedentes de información sobre el evento en diferentes longitudes de onda a lo largo del tiempo. 

GRB 171205A en óptica y UV. (Imagen: A. de Ugarte Postigo)

Dentro de los primeros días después de la detección del BRG, se notificó la presencia de una hipernova, pero los hallazgos fueron muy peculiares. Las hipernovas se caracterizan por altas velocidades de expansión del orden de 30.000 kilómetros por segundo, pero la hipernova que observaron los investigadores, denominada SN 2017iuk, tuvo una velocidad mucho mayor, más de 100.000 kilómetros por segundo en las primeras horas después de la explosión. Un análisis detallado de la emisión de longitud de onda múltiple observada en los primeros días de SN 2017iuk dio lugar a resultados sorprendentes. 

"Primero notamos un componente peculiar, que mostraba una velocidad muy alta y una composición química inusual no vista anteriormente en eventos similares", explicó el Dr. Kouveliotou. "Estas características encajan perfectamente con el supuesto de que observamos que el material del motor central se escapa de la estrella progenitora de BRG. 

De hecho, el equipo observó un envoltorio caliente que llevaba material del interior de la estrella a las capas exteriores. Después de unos tres días, el envoltorio caliente se desvaneció y la hipernova comenzó a comportarse de manera similar a las observadas anteriormente. Los investigadores indicaron que la energía emitida por el envoltorio en los primeros días de la hipernova era mayor que la del BRG, lo que implica que el chorro depositó la mayor parte de su energía en el envoltorio. Estos resultados demuestran que los chorros ahogados son la razón por la que algunas hipernovas no parecen estar asociadas con los BRG. 

Los investigadores notaron que los hallazgos tienen consecuencias interesantes sobre cómo se construyen los modelos de supernova e hipernova en el futuro. 

Fuente: Universidad de George Washington,