Las GRBs. Las explosiones más destructivas del universo 1era. Parte

Las GRBs. Las explosiones más destructivas del universo 1era. Parte

Introducción

Nuestro universo es muy hostil, en él constantemente se producen enormes explosiones de diferentes tipos, unas con más intensidad que otras. La explosión del Big Bang, que fue la que dio origen a todo, es sin lugar a dudas la más intensa y esta sucedió una sola vez hace trece mil ochocientos millones de años y fue una explosión creadora, sin embargo, en lo profundo del universo ocurren estallidos de muerte, y el más mortífero de todos son las explosiones de rayos gamma o GRB por sus siglas en inglés. Estos fenómenos astrofísicos son capaces en pocos segundos de liberar una energía superior los 12 E43 Joules, es decir, una energía superior a la que emitirá el Sol en todo lo que le queda de vida estimada en diez mil millones de años. Lo preocupante de estas descargas colosales de energía es que suceden con una frecuencia de una por día, aunque ya que dichas emanaciones gamma no se dirigen a nuestro planeta, no podemos detectarlas todas y se estima que realmente la razón de estallidos es de una por minuto en el universo.

La astrofísica ha tomado este fenómeno con gran interés, ya que en el mismo se pueden investigar nuevos procesos físicos y mecanismos de radiación que expliquen por qué suceden estas inmensas cantidades de liberación energética y lograr descubrir los posibles objetos astrofísicos que originan estas explosiones. Estos estudios también permiten profundizar investigaciones relacionadas con las primeras fases del universo porque es posible que estén relacionadas con las primeras generaciones de estrellas y sus fases finales de desarrollo. En este post quiero exponer de forma muy general el entendimiento que se ha alcanzado hasta la fecha en el estudio de los GRBs y los problemas físicos que aún son estudiados por la astrofísica de hoy.

¿Qué son las GRBs?

Las estrellas de neutrones, los pulsares, las explosiones de supernovas y los agujeros negros son los objetos astrofísicos con mayor temperatura en el universo y son los que producen y emiten rayos gamma. Por su parte, en nuestro planeta solo es posible obtener rayos gamma en las explosiones nucleares, en los relámpagos y desintegraciones radiactivas. Este tipo de radiación electromagnética tiene una energía de millones de electronvoltios (MeV) con una frecuencia superior a 10E19 Hertz.

Las explosiones de rayos gamma, más conocidas como GRBs por sus siglas en inglés (Gamma Ray Bursts) son las emisiones energéticas más colosales del universo, fueron descubiertas en la década de los años sesenta y causaron gran interés en el campo científico, se comenzó a investigar los mecanismos responsables de la liberación de estas energías tan elevadas y entre otros aspectos importantes esta las grandes distancias en las que se producen las GRBs. En estos últimos años se ha logrado entender bastante este fenómeno astronómico, la NASA en el 2004 lanzó al espacio el observatorio Swiff y en el 2008 el Fermi quienes han permitido un estudio más serio y profundo desde el punto de vista observacional ubicando con exactitud el lugar del espacio donde se producen y las galaxias donde se encuentra la fuente de las GRBs.

En el año de 1962, poco después de la crisis de los misiles de Cuba, los líderes de los países más poderosos del mundo J. F. Kennedy y N. Jrushchov tratando de detener de alguna manera la carrera armamentista nuclear firmaron un tratado de prohibición parcial de pruebas nucleares en la atmósfera, en el espacio exterior y submarinos quedando solo la posibilidad de hacerlos bajo tierra. Debido a esto los Estados Unidos iniciaron un programa espacial lanzando al espacio los satélites militares VELA, con un número total de 12: seis del plan Vela Hotel, y seis del plan Vela Avanzado con el propósito de descubrir las explosiones nucleares en el espacio y las producidas en la atmósfera. Estos satélites eran capaces de detectar rayos X, rayos gamma y neutrones que se emitían en los primeros instantes de las explosiones nucleares.

De tal manera que estos satélites de última tecnología detectaron cientos de miles de eventos, la mayoría eran de origen terrestre y de partículas cargadas del universo, ademán nunca fueron detectadas detonaciones nucleares de origen humano. El 2 de julio de 1967 hubo un evento particular detectando una descomunal descarga de rayos gamma y que no podía ser atribuido a ninguna fuente conocida, se pensó en alguna actividad solar anómala, pero eso no había ocurrido, es decir, la fuente era desconocida, esta es catalogada como la primera detección de una GRBs en la historia de la astrofísica mundial. Luego se reportaron dieciséis GRBs entre julio de 1969 y julio de 1972.

Un grupo de científicos del Laboratorio Nacional de Los Álamos, en Nuevo México, comenzaron a buscar la forma de detectar y encontrar en que parte del cielo se producían estos eventos tan espectaculares. Al igual que los rayos X los rayos gamma no son posibles de enfocar debido a que ópticamente la alta energía de sus fotones no lo permite, de tal manera que una solución era que el detector de los satélites VELA era, literalmente, frenar los fotones y registrar la energía y en qué tiempo se detectaban, esta información permitiría triangular y reconstruir el origen de las GRBs, al utilizar la diferencia de tiempo en la llegada de los fotones a los satélites se pudo determinar que esos eventos no provenían ni de la Tierra, ni del Sol, ni la Luna o incluso otro sistema solar conocido hasta entonces

A principios de la década de los años ochenta, a las estrellas de neutrones cercanas se les consideraba como las culpables de estos estallidos masivos, esto era debido a que eran la fuente de rayos X más conocida y coincidían con la teoría de los modelos físico matemático que trataban de explicar las GRBs, este fue el inicio de un largo período de investigaciones donde resaltaban los análisis de curvas de luz que buscaban posibles periodicidades y la determinación de que si estos espectros eran de naturaleza térmica o no.

En 1991 se puso en funcionamiento el Observatorio de Rayos Gamma (CGRO Compton Gamma-Ray Observatory) con el que se llevó a cabo el experimento BATSE (Brtst And Transient Source Experiement), el cual poseía un detector de rayos gamma de gran sensibilidad, este era capaz de monitorear casi la totalidad del cielo y localizar la región de donde provenían las emanaciones de las GRBs, este fue todo un éxito y se puso en evidencia que estas descomunales explosiones mostraban una distribución que revelaba propiedades físicas iguales en todas las direcciones, es decir, era isotrópica y que dichas fuentes energéticas se encontraba más allá de nuestra galaxia, ver figura 6.

La serie catalogada por el BATSE de los GRBs permitió una clasificación de los mismos, por su duración se clasificaron en “GRBs Largos” con una duración mayor a dos segundos y “GRBs Cortos” que duraban menos de dos segundos, se comprobó además que gran parte del espectro era de naturaleza no térmica, la alta variabilidad de los espectros, la no periodicidad y las líneas de absorción en las curvas de luz, en un intervalo de 20-40 keV, las cuales se esperaban para así corroborar el modelo de las estrellas de neutrones como la fuente de las GRBs. Sin embargo, a partir de este estudio con el BATSE, se encontraron más preguntas que respuestas, ya que, a pesar de que se presentaba una isotropía, las explosiones no eran homogéneas y esto presentaba fuertes argumentos en contra del modelo de estrellas de neutrones. Se dieron cuenta además que estas explosiones deberían provenir desde distancias cosmológicas, liberando energías colosales superiores a los 10E44 Joules y haciendo los eventos más energéticos del universo, luego del Big Bang. De esta manera que el problema seguía sin resolverse del todo, especialmente por la naturaleza espectral no térmica, ya que no existían mecanismos de radiación conocidos que generaran esta intensidad de energía.

De tal manera que podríamos resumir esto en que las tres preguntas claves que se hacían los científicos de los años noventa eran:

1. ¿A qué distancia se producen los GRBs?
2. ¿Qué son realmente los GRBs?
3. ¿Cómo se generan los GRBs?

La primera pregunta se pudo responder a partir del 28 de febrero de 1997, cuando el satélite italiano de rayos X BeppoSAX, logró detectar la post-luminiscencia en el espectro de rayos X del GRB 970228, esta es la radiación de menor energía emitida luego de la emisión temprana de los GRBs y puede permanecer visible por horas lo que permite que telescopios ópticos terrestres la puedan estudiar, todo esto permitió determinar el corrimiento hacia el rojo, esto permitió identificar las regiones estelares de las galaxias de donde provenían las emanaciones gamma. Este descubrimiento planteaba la posibilidad de explosiones de estrellas supermasivas las cuales terminarían formando agujeros negros y que conduciría a la emisión de jets relativistas que es un término usado en varios contextos para referirse a chorros de materia que se encuentran generalmente asociados a discos de acreción, tanto en formación estelar, donde el jet es formado por materia con exceso de momento angular que no es incorporado en la estrella que está formándose, como en agujeros negros. Todo esto permitiría explicar en parte la gran cantidad de energía desprendida de los GRBs. Esto se reforzaría además gracias también a BeppoSAX, ya que en 1998 el GRB 980425, fue asociado con l SN 1998bw, descubriéndose así la primera evidencia directa de los progenitores de las GRBs relacionadas con supernovas.

Bueno dejaré hasta aquí este post, debo investigar un poco más sobre estos fenómenos tan fascinantes del universo.

Bibliografía

1. Baquero Andrés. Las explosiones de rayos gamma un campo abierto para la astrofísica. Revista de la Facultad de Ciencias Químicas, Universidad de Azuay, Ecuador, 2017.
2. R. W. Klebesadel, I. B. Strong, R. A. Olson. Observations of Gamma-Ray Bursts of Cosmic Origin. Bulletin of the American Astronomical Society., vol. 5, pp. 322, June 1973.
3. Vela (satélite). Wikipedia la enciclopedia libre 2024 [30 de noviembre de 2024][Fuente] (https://es.wikipedia.org/wiki/Vela_(satelite))
4. Rayos gamma. Wikipedia la enciclopedia libre 2024 [30 de noviembre de 2024][Fuente] (https://es.wikipedia.org/wiki/Rayos_gamma)
5. J. S Bloom, What are gamma-ray burst? Pinceton University Press, 2011.

Fuente de las imágenes

1. Explosión de GRBs. Fuente
2. Espectro electromagnético. Hewitt Paul. Física conceptual. 10ma. Ed. Pearson Addison Wesley. México 2007. Pág. 498.
3. Figura del Satélite Vela. Vela (satélite). Wikipedia la enciclopedia libre 2024 [30-11-2024][Fuente] (https://es.wikipedia.org/wiki/Vela_(satelite))
4. triangulación de satélites VELA Fuente
5. Analisis de curvas de luz y espectros de energía Fuente
6. Distribución de GRBs detectadas por el BATSE. Baquero Andrés. Las explosiones de rayos gamma un campo abierto para la astrofísica. Revista de la Facultad de Ciencias Químicas, Universidad de Azuay, Ecuador, 2017. Pág. 4.
7. Jets relativista. Disco de acreción. Jet (Astronomía) Wikipedia la enciclopedia libre 2024 [30 de noviembre de 2024]Fuente