GRB 140903A: Chandra encuentra evidencia para la fusión estelar violenta

¿Qué es lo que estamos viendo?

Una ráfaga de rayos gamma en una galaxia a unos 3.900.000.000 años luz de la Tierra.

¿Como está hecha la imagen?

Rayos X del Observatorio Chandra x-Ray y óptico del telescopio Discovery Channel.

¿Qué grande es?

Cerca de 1.300.000 años luz.

¿A qué corresponde los colores?

Azul Rayos X de Chandra. Amarillo óptico

¿Dónde está ubicado?

En la constelación Corona Borealis

Los astrónomos tienen la evidencia más fuerte hasta la fecha de que las fusiones estelares violentas producen jets de lápiz fino.

Esto significa que la mayoría de estos eventos no serán detectados porque no serán señalados donde los telescopios puedan detectarlos.

Este resultado tiene implicaciones para estimar el número de tales fusiones que pueden detectarse con observatorios de ondas gravitacionales.

Chandra fue utilizado para estudiar la emisión de rayos x de la explosión de rayos gamma, permitiendo estimar el ancho del jet.

Ráfagas de rayos gamma, o GRB, son algunos de los eventos más violentos y enérgicos en el universo. Aunque estos eventos son las explosiones más luminosas en el universo, un nuevo estudio utilizando el Observatorio Chandra x-ray de la NASA, el satélite SWIFT de la NASA y otros telescopios sugieren que los científicos pueden estar perdiendo la mayoría de estas poderosas detonaciones cósmicas.

Los astrónomos piensan que algunos GRB son el producto de la colisión y la fusión de dos Estrellas de Neutrones o una Estrella de Neutrones y un Agujero Negro. La nueva investigación da la mejor evidencia hasta la fecha que tales colisiones generarán un haz muy estrecho, o un jet, de rayos gamma. Si un jet tan estrecho no se apunta hacia la Tierra, el GRB producido por la colisión no será detectado.

Se espera que las colisiones entre dos estrellas de Neutrones o una estrella de Neutrones y un Agujero Negro sean fuentes fuertes de ondas gravitacionales que podrían ser detectadas si el jet está apuntado hacia la Tierra. Por lo tanto, este resultado tiene implicaciones importantes para el número de los acontecimientos que serán detectables por el Observatorio de la gravitacional-onda de la interferometría  laser (Ligo) y otros observatorios gravitacionales de la onda.

El 3 de septiembre de 2014, el Observatorio SWIFT de la NASA recogió un GRB 140903A GRB-apodado debido a la fecha en que fue detectado. Los científicos utilizaron observaciones ópticas con el telescopio del Observatorio de Géminis en Hawaii para determinar que GRB 140903A estaba situado en una galaxia a unos 3.900.000.000 años luz de distancia, relativamente cerca de un GRB.

El panel grande en el gráfico es una ilustración que muestra las secuelas de una fusión de estrella de neutrones, incluyendo la generación de un GRB. En el centro es un objeto compacto, ya sea un agujero negro o una estrella de neutrones masivo-y en rojo es un disco de material que sobra de la fusión, que contiene material que cae hacia el objeto compacto.

La energía de este material infalible impulsa el jet GRB que se muestra en amarillo. En naranja es un viento de partículas que sopla lejos del disco y en azul es material expulsado del objeto compacto y expandiéndose a velocidades muy altas de alrededor de una décima de la velocidad de la luz.

La imagen de la izquierda de los dos paneles más pequeños muestra una vista óptica desde el telescopio Discovery Channel (SES) con GRB 140903A en el centro de la Plaza y una vista de rayos x de primer plano de Chandra a la derecha. La estrella brillante en la imagen óptica no está relacionada con el GRB.

La ráfaga de rayos gamma duró menos de dos segundos. Esto lo colocó en la categoría del "GRB corto", que los astrónomos piensan son la salida de estrella de Neutrón-estrella de Neutrón o colisiones negras de la estrella del Agujero-Neutrón eventual formando un agujero negro o una estrella de Neutrón con un campo magnético fuerte. (el consenso científico es que GRB que duran más de dos segundos resultan del colapso de una estrella masiva.)

Cerca de tres semanas después del descubrimiento rápido de GRB 140903A, un equipo de investigadores dirigidos por Eleonora Troja de la Universidad de Maryland, College Park (UMD), observó las secuelas de la GRB en Rayos X con Chandra. Las observaciones de Chandra de cómo la emisión de rayos x de este GRB disminuye con el tiempo proporcionan información importante sobre las propiedades del jet.

En concreto, los investigadores descubrieron que el jet se transportaba en un ángulo de sólo cinco grados basándose en las observaciones de Rayos X, además de observaciones ópticas con el Observatorio Gemini y las observaciones de SES y radio con la matriz muy grande de Karl g. Jansky de la Fundación Nacional de Ciencia. Esto es aproximadamente equivalente a un círculo con el diámetro de sus tres dedos medios sostenidos en la longitud de los brazos. Esto significa que los astrónomos están detectando sólo un 0,4% de este tipo de GRB cuando se apaga, ya que en la mayoría de los casos el jet no se apunta directamente a nosotros.

Estudios anteriores de otros astrónomos habían sugerido que estas fusiones podrían producir jets estrechos. Sin embargo, la evidencia en esos casos no fue tan fuerte porque no se observó la rápida disminución de la luz en múltiples longitudes de onda, lo que permitió explicaciones que no incluían jets.

Varias piezas de evidencia vinculan este evento con la fusión de dos estrellas de Neutrones, o entre una estrella de Neutrones y un Agujero Negro. Estas incluyen las propiedades de la emisión de rayos gamma, la vejez y la baja tasa de estrellas que se forman en la galaxia anfitriona del GRB y la falta de una supernova brillante. En algunos casos anteriores no se encontró evidencia sólida para esta conexión.

Nuevos estudios han sugerido que tales fusiones podrían ser el lugar de producción de elementos más pesados que el hierro, como el oro. Por lo tanto, la tasa de estos eventos es también importante para estimar la cantidad total de elementos pesados producidos por estas fusiones y compararlo con las cantidades observadas en la Galaxia Vía Láctea.

Un documento que describía estos resultados fue recientemente aceptado para su publicación en el diario astrofísico y está disponible en línea. El primer autor de este papel es Eleonora Troja y los coautores son t. Sakamoto (Aoyama Gakuin University, Japón), s. cenko (GSFC), a. Lien (Universidad de Maryland, Baltimore), n. Gehrels (GSFC), a. Castro-tirado (IAA-CSIC, España), r. Ricci (INAF-Istituto di Radioastronomia, (Italia), j. Capone, v. juguete, & a. Kutyrev (UMD), n. Kawai (Instituto de tecnología de Tokio, Japón), a. Cucchiara (GSFC), a. Fruchter (STScI) , J. Gorosabel (UMD), s. Jeong (IAA-CSIC), a. Levan (Universidad de Warwick, Reino Unido), d. Perley (Universidad de Copenhague, Dinamarca), r. Sánchez-Ramirez (Instituto de Astrof ısica de Andaluc ıa, España), n. Tanvir (Universidad de Leicester, Reino Unido), s. Veilleux (UMD).

El centro Marshall de vuelos espaciales de la NASA en Huntsville, Alabama, administra el programa Chandra para la dirección de la misión científica de la NASA en Washington. El Observatorio Astrofísico del Smithsonian en Cambridge, Massachusetts, controla la ciencia y las operaciones de vuelo de Chandra.

Crédito: X-ray: NASA/CXC/Univ. of Maryland/E. Troja et al, Optical: Lowell Observatory's Discovery Channel Telescope/E.Troja et al. Illustration: NASA/CXC/M.Weiss

Traducción: El Quelonio Volador