De una explosión de horas de duración, un sustituto de las primeras estrellas

En la representación de este artista de GRB 130925A, una envoltura de gas caliente, emisores de rayos X (rojo) rodea un chorro de partículas (blanco) voladura a través de la superficie de la estrella a casi la velocidad de la luz. La fuente puede haber sido una Supergigante azul pobres en metales, una importante representación de primeras estrellas del universo.

Crédito de la imagen:

Swift/NASA s/a. Simonnet, Sonoma State Univ.

Los Astrónomos analizando una ráfaga de larga duración de alta energía de luz observada en 2013 Informan haber encontrado características sorprendentemente similares a los esperados de una explosión de estrellas más tempranas del universo. Si esta interpretación es correcta, el arrebato valida ideas sobre una clase recientemente identificada de explosión de rayos gamma y sirve como un sustituto para que futuros observatorios pueden ver como fueron las últimas acciones de las primeras estrellas.

"Uno de los grandes retos de la astrofísica moderna ha sido la búsqueda para identificar la primera generación de estrellas que se formaron en el universo, que nos referimos como población III estrellas," explicó el científico principal Luigi Piro, el director de investigación del Instituto de Astrofísica Espacial y Planetología en Roma, una división del Instituto Nacional de Italia para la Astrofísica (INAF). "Este importante acontecimiento nos lleva un paso más cerca."

Explosiones de rayos gamma (GRB) son las explosiones más luminosas del universo. Las explosiones emiten estallidos de rayos gamma, la forma más poderosa de luz--y radiografías y producen rápidamente afterglows de desvanecimiento que pueden ser observadas en longitudes de onda de radio, infrarrojo y luz visibles. En promedio, satélite Swift de la NASA, telescopio Fermi de rayos Gamma y otras naves espaciales detectaron una GRB cada día.

Poco después 12:11 a.m. EDT el 25 de septiembre de 2013, Burst Alert telescopio Swift desencadenó en un pincho de rayos gamma de una fuente en la constelación de Fornax. La nave espacial automáticamente alertó a observatorios alrededor del mundo que una nueva explosión--señalada GRB 130925A, después de la fecha--estaba en marcha y se volvió su telescopio de rayos x (XRT) hacia la fuente. Otros satélites también detectaron la creciente ola de radiación de alta energía, incluyendo Fermi, el ruso Konus instrumento a bordo de la nave espacial de la NASA y el de Agencia Espacial Europea (ESA) Observatorio INTEGRAL.

La explosión fue localizada finalmente a una galaxia muy lejana que su luz había viajado a 3.900 millones de años, más que la evidencia más antigua de vida en la Tierra.

Una Supergigante azul estrellas, ilustrado aquí, puede ser la fuente más probable de estallidos de rayos gamma ultra-larga como GRB 130925A, que duran horas en lugar de segundos. Estas estrellas contienen la masa del Sol cerca de 20 veces y pueden alcanzar tamaños suficientemente grandes como para la órbita de Júpiter . Crédito de la imagen: La NASA Goddard Space Flight Center/S. Wiessinger.

 

Los astrónomos han observado miles de GRB durante las últimas cinco décadas. Hasta hace poco, se clasificaron en dos grupos, cortos y largos, basado en la duración de la señal de rayos gamma. Breves ráfagas, con sólo dos segundos de duración o menos, se cree que representan una fusión de objetos compactos en un sistema binario, con los sospechosos más probables ser estrellas de neutrones y agujeros negros. GRB largo puede durar desde varios segundos a varios minutos, con duraciones típicas entre 20 y 50 segundos. Estos eventos se cree que son asociadas con el colapso de una estrella que es muchas veces más masivas que el Sol y el nacimiento de un nuevo agujero negro resultante.

GRB 130925A, por el contrario, produce rayos gamma 1,9 horas, más de cien veces mayor que un típico GRB largo. Las observaciones de Swift de XRT reveló una intensa y altamente variable posluminiscencia radiografía que mostraron fuertes Llamaradas durante seis horas, después de lo cual finalmente comenzó la constante fadeout generalmente observa en largo GRB.

"GRB 130925A es miembro de una rara y nuevamente reconocida clase llamamos ultra-largo estallido, dijo Eleonora Troja, investigador visitante Goddard Space Flight Center de la NASA en Greenbelt, Maryland, y miembro del equipo del estudio. "Pero lo que lo distingue es su inusual resplandor de rayos x, que proporciona el caso más fuerte todavía que GRB ultra-larga proviene de estrellas llamado supergiantes azules".

 

Los astrónomos piensan que las estrellas Wolf-Rayet mejores explican el origen del largo GRB. nacidas con más de 25 veces la nasa del sol, estas estrellas se queman tan calientes que conducen lejos sus sobres de hidrógeno externo a través de una salida llamada un viento estelar. Por el momento que se derrumba, esencialmente no existe atmósfera exterior de la estrella y su tamaño físico es comparable a la del Sol Un agujero negro se forma en el núcleo de la estrella y la materia cayendo hacia él lo impulsa chorros que se introducen a través de la estrella. Los jets continúan funcionando por unas pocas decenas de segundos, la escala de tiempo de largo GRB.

Porque GRB ultra-larga dura cientos de veces más, la estrella de la fuente debe tener un tamaño físico proporcionalmente mayor. El sospechoso más probable, dicen los astrónomos, es una Supergigante azul, una estrella caliente con masa de cerca de 20 veces la del Sol que conserva su atmósfera de hidrógeno profundo, aproximadamente 100 veces el diámetro del Sol. Mejor aún, supergiants azules que contiene sólo una fracción muy pequeña de elementos más pesados que el helio--metales, en términos astronómicos--podrían ser substancialmente más grandes. El contenido metálico de una estrella controla la fuerza de su viento estelar, y esto a su vez determina cuánto de su atmósfera de hidrógeno se conserva antes del colapso. Para los supergiants azules más grandes, la envoltura de hidrógeno llevaría horas para caer en el agujero negro, proporcionando una fuente sostenida de combustible para alimentar ultra-larga GRB.

 

Escribiendo en la edición del 10 de julio de The Astrophysical Journal Letters, los investigadores tengan en cuenta que las observaciones de radio de la posluminiscencia GRB muestran que muestra el brillo casi constante durante un período de cuatro meses. Este extremadamente lento declive sugiere que la onda expansiva de la explosión se estaba moviendo esencialmente sin obstáculos a través del espacio, lo que significa que el ambiente alrededor de la estrella es en gran parte libre de material desechado por un viento estelar.

La Quema de radiografía duradero de la ráfaga demostró una característica más desconcertante para explicar, que requieren observaciones de satélite XMM-Newton Swift, Observatorio de rayos x Chandra de la NASA y la ESA para arreglar. Como el chorro de alta energía se aburre por el hundimiento de estrellas, su vanguardia carneros en refrigerado gas estelar y calienta. Este gas fluye descendiendo por las laderas del jet, que lo rodea en una envoltura caliente de emisores de X-ray. Porque el jet viaja una distancia mayor a través de una Supergigante azul, este capullo se convierte en mucho más masivo que es posible en una estrella de Wolf-Rayet. Mientras el capullo debe expandirse rápidamente como sale la estrella, las pruebas de rayos x indican que permanecía intacta. El equipo científico sugiere que los campos magnéticos pueden haber suprimido el flujo de gas caliente a través del capullo, mantenerlo confinado cerca del chorro.

 

"Esta es la primera vez que hemos detectado este componente térmico en el capullo, probablemente porque todos otras ráfagas ultra-larga conocidos ocurrieron en distancias mayores," dijo Piro.

Los astrónomos concluyen que la mejor explicación para las propiedades inusuales de GRB 130925A es que anunciaba la muerte de una Supergigante azul pobres en metales, un modelo que sugieren que es probable que caracteriza a toda la clase ultra larga.

En las explosiones de supernova y GRB las estrellas hacen elementos pesados a lo largo de sus vidas energéticos y durante su agonía. Cada generación enriquece gas interestelar con una mayor proporción de metales, pero el proceso no es uniforme y pobres en metales galaxias todavía existen cerca. Mirar más lejos en el universo significa mirar más profundo en el pasado, hacia generaciones anteriores estelares formadas de gas cada vez más pobres en metales. Los astrónomos piensan población III de estrellas terminaron su vida como supergiants azules, así que GRB 130925A puede llegar a ser un valioso cercano análogo a los fenómenos que de las estrellas más distantes del universo detectamos algún día.

 

Enlaces relacionados:

Ponencia: "un capullo caliente en el GRB ultralargos 130925A: consejos de un Pop III-como progenitor en un entorno de baja densidad de viento"

ESA nota de prensa: "Extraño más antiguas estrellas del universo Blast imitadores cercanas"

"Muriendo supergigante estrellas implicados en horas de duración Gamma-Ray estalla" (04.16.2013)

 

 

Francis Reddy
NASA's Goddard Space Flight Center

Traducción: El Quelonio Volador