Así se observó el nacimiento de un distante agujero negro

Una gran explosión en una galaxía muy lejana.

A las 10:49 pm hora local del oeste de Australia, el 2 de Febrero de este año 2017, una ola de rayos gamma alcanzaron el satélite de la NASA, Swift, orbitando la Tierra.

Representación artística de la captura del satélite Swift de una explosión de rayos gamma. Crédito: Nasa / Spectrum Astro

A los pocos segundos de la detección, se envió automáticamente una alerta al Telescopio Zadko de la Universidad de Western Australia. Este se orientó hacia el punto donde la emisión energética tuvo lugar, tomando imágenes en la ubicación del cielo en la constelación de Ofiuco.

Lo que emergió de la oscuridad, donde no se veía nada antes, era un transitorio óptico, algo visible en el cielo por un breve período de tiempo.

El evento, llamado GRB170202, fue una ráfaga de rayos gamma muy enérgico o (GRB, Gamma Ray Burst). Después de menos de un minuto, los rayos gamma se apagaron, y el evento GRB que apareció como un brillo se desvaneció.

Fuente: http://www.mpe.mpg.de/~jcg/grb170202A.html

El Telescopio Zadko registró toda la evolución del destello energético. Durante su mayor brillo, GRB170202 fue equivalente a millones de estrellas brillando juntos desde el mismo lugar.

Telescopio Zadko. Curva de luz de GRB170202, que muestra la explosión en evolución y posterior desvanecimiento de la luminosidad óptica de segundos a horas después de la emisión de rayos gamma. Alain Klotz (Colaboración Zadko).

Alrededor de 9 horas y 42 minutos después del GRB, el Very Large Telescope en Chile adquirió el espectro de la luz del evento óptico. Esto permitió medir la distancia de la ráfaga: unos 12 mil millones de años luz. Para que se hagan una idea, el Universo se ha expandido cuatro veces su tamaño desde entonces, y ahora nos llega su luz. El evento GRB170202 estaba tan lejos, que incluso su galaxia de acogida no era visible, sólo la oscuridad. Debido a que el GRB era un transitorio óptico, que nunca se volvería a ver, ha sido como encender una luz en una habitación oscura (la galaxia de acogida) e intentar grabar el detalle en ella antes de que se apague la luz.

El Misterio de la explosión de rayos gamma

El destello de la radiación gamma seguido del transitorio óptico, es la firma reveladora del nacimiento de un agujero negro, fruto del colapso cataclísmico de una estrella. Tales eventos son raros y requieren algunas circunstancias especiales, incluyendo una estrella muy masiva hasta decenas de masas solares (la masa de nuestro Sol) girando rápidamente con un fuerte campo magnético.

Estos ingredientes son cruciales para lanzar dos chorros que perforan a través de la estrella colapsante para producir la explosión de rayos gamma:

El análogo más cercano a este evento GRB (y un transitorio óptico mejor entendido), es la explosión de supernova de una estrella. De hecho, algunos GRB relativamente cercanos revelan evidencia de una supernova energética vinculada al evento.

Las simulaciones demuestran que la mayoría de las estrellas que colapsan no tienen suficiente energía para producir un chorro de GRB como el detectado en GRB170202 , lo que se denomina como “fracaso en el lanzamiento”. Tanto la observación como la teoría muestran que los eventos GRB son extremadamente raros cuando se comparan con la aparición de supernovas.

Las estrellas que emíten GRBs nacen y mueren dentro de unas decenas a cientos de miles de años. Esto se debe a que las estrellas masivas agotan su combustible muy rápidamente y sufren un violento colapso gravitacional que conduce a un agujero negro, en una escala de tiempo de segundos.

Las tasas de formación de agujeros negros en todo el universo se puede deducir de la tasa de GRB. Basándonos en la tasa de GRB observada, debe haber miles de nacimientos de agujeros negros que ocurren cada día en todo el universo.

Entonces, ¿cuál es el destino de estas béstias cósmicas? La mayoría estará al acecho en sus galaxias de acogida, y de vez en cuando devorando estrellas y planetas que queden atrapados en su fuerza gravitatoria. Otros estarán en una danza de la muerte gravitacional con otros agujeros negros hasta que se fusionen en un solo agujero negro con una explosión de ondas gravitatorias (GWs), como el primer descubrimiento de tal evento por el Observatorio de Ondas Gravitacionales del Interferómetro Láser (LIGO).

Un sistema de agujero negro binario segundos antes de la fusión. Marco de una visualización de la fusión de agujeros negros binarios visto por LIGO [Visualización Simulando la Colaboración Extrema Spacetime (SXS)]

En la frontera de la comprensión de la formación de agujero negro, es la búsqueda de un tipo especial de GRB que marca la fusión (colisión) de dos estrellas de neutrones.

Los denominados GRB cortos, son destellos de radiación gamma que duran menos de un segundo y podrían ser el “arma humeante” para las fusiones de estas estrellas de neutrones.

Es importante destacar que la unión de las estrellas de neutrones debe ser detectada por su radiación gravitatoria por LIGO. Por lo tanto, una detección coincidente en rayos gamma, ondas ópticas y gravitacionales es una posibilidad real y esto sería un descubrimiento monumental que permitiría una visión sin precedentes en la física de la formación de agujeros negros. La revolución sería comparable a escuchar la radio en un receptor de 1920 y luego ver una película de sonido envolvente de alta definición moderna.

Dada la anterior tasa de miles de agujeros negros creados por día, parece que la detección coincidente de GRBs y ondas gravitatorias puede ser una obviedad, pero en realidad hay que tener en cuenta la limitada sensibilidad de todos los telescopios (y detectores). Esto reduce la tasa de observación potencial a unas decenas por año. Esto es lo suficientemente alto como para inspirar una lucha global por buscar las primeras fuentes de ondas gravitacionales coincidentes con contrapartes electromagnéticos.

La tarea es extremadamente difícil porque los observatorios de ondas gravitacionales no pueden localizar muy bien la ubicación de la fuente. Para contrarrestar esto, una estrategia de búsqueda de ondas gravitacionales coincidentes y detecciones electromagnéticas en el tiempo puede ser la mejor apuesta.

El recién financiado ARC Centro de Excelencia misión OzGrav es para entender la física extrema de los agujeros negros. Uno de los objetivos, es la búsqueda de contrapartes ópticas, de radio y de alta energía coincidentes con las ondas gravitacionales de la creación de agujeros negros. Australia está a punto de desempeñar un papel importante en esta nueva era de astronomía multiple.

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Fuente: https://theconversation.com/something-big-exploded-in-a-galaxy-far-far-away-what-was-it-74372

 

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