Algunos estallidos de rayos gamma de larga duración son desencadenados por magnetares

Observaciones llevadas a cabo desde los observatorios La Silla y Paranal de ESO, en Chile, han demostrado, por primera vez, la existencia de un vínculo entre una explosión de rayos gamma de muy larga duración y una explosión de supernova inusualmente brillante. Los resultados muestran que la explosión de supernova no fue provocada por decaimiento radiactivo, como se esperaba, sino que fue generada por los campos magnéticos superfuertes en decaimiento que rodean a un objeto exótico llamado magnetar. Los resultados aparecen en la revista Nature el 9 de julio de 2015.

Los estallidos de rayos gamma (en inglés GRB, de Gamma-ray bursts) son uno de los resultados asociados a las explosiones más grandes que tienen lugar desde el Big Bang. Se detectan utilizando telescopios en órbita, sensibles a este tipo de radiación de gran energía que no puede penetrar la atmósfera de la Tierra, y luego se observan en longitudes de onda más largas por otros telescopios desde el espacio y desde tierra.

Normalmente, los GRB sólo duran unos segundos, pero en casos muy raros los rayos gamma siguen durante horas [1]. Uno de estos GRB de ultra larga duración fue captado por el satélite Swift el 9 de diciembre de 2011, denominándolo GRB 111209A. Era el GRB más largo y más brillante jamás observado.


A medida que el resplandor de esta explosión fue desvaneciéndose, fue estudiado utilizando los instrumentos GROND (instalado en el Telescopio MPG/ESO de 2,2 metros, en La Silla) y X-shooter (instalado en el Very Large Telescope (VLT), en Paranal). Se halló la clara huella dejada por una supernova, más tarde bautizada como SN 2011kl. Es la primera vez que se descubre una relación entre una supernova y un GRB de muy larga duración [2].

El autor principal del nuevo artículo, Jochen Greiner, del Instituto Max-Planck para el estudio de Física Extraterrestre (Garching, Alemania) afirma que: "Dado que un estallido de rayos gamma de larga duración se produce sólo una vez cada 10.000 – 100.000 supernovas, la estrella que explotó debe ser especial por algún motivo. Los astrónomos habían asumido que estos GRB provenían de estrellas muy masivas (de unas 50 veces la masa del Sol) y que marcaban el inicio de la formación de un agujero negro. Pero nuestras nuevas observaciones de la supernova SN 2011 kl, hallada tras el GRB 111209A, están cambiando este paradigma de los GRB de ultra larga duración”.

En el escenario preferido de un colapso de estrella masiva (en inglés, conocido a veces como un “collapsar”) se espera que la emisión en los rangos óptico e infrarrojo de la explosión de supernova que duró una semana provenga del decaimiento de níquel-56 radiactivo formado en la explosión [3]. Pero en el caso de GRB 111209A las observaciones combinadas de GROND y VLT demostraron claramente, por primera vez, que este no podría ser el caso [4]. También se descartaron otras explicaciones alternativas [5].

La única explicación a las observaciones de la supernova que siguió al GRB 111209A era que ésta estaba siendo alimentado por un magnetar, una estrella de neutrones pequeña que gira cientos de veces por segundo y que posee un campo magnético mucho más fuerte que el de las estrellas de neutrones normales, también conocidas como púlsares de radio [6]. Los magnetares son, probablemente, los objetos más fuertemente magnetizados del universo conocido. Esta es la primera vez que es posible relacionar, de forma inequívoca, una supernova y un magnetar.

Paolo Mazzali, coautor del estudio, reflexiona sobre la importancia de los nuevos hallazgos: "los nuevos resultados proporcionan pruebas convincentes de una relación inesperada entre los GRB, las supernovas muy brillantes y los magnetares. Durante algunos años ya se planteó de forma teórica que podían estar relacionados, pero es emocionante poder conectarlo todo en este nuevo estudio”.

Jochen Greiner concluye: "El caso de SN 2011kl/GRB 111209A nos obliga a considerar una alternativa a la hipótesis del “collapsar”. Este hallazgo nos acerca mucho más un conocimiento definido y más claro sobre el funcionamiento de los GRB",

Notas
[1] Los GRB de larga duración normales duran entre 2 y 2.000 segundos. Ahora hay cuatro GRB conocidos de duraciones de entre 10.000 y 25.000 segundos — se denominan GRB ultra largos. También hay una clase distinta de GRB de menor duración que se cree que fueron creados por un mecanismo diferente.

[2] La relación entre supernovas y GRB normales de larga duración fue establecida inicialmente en 1998, principalmente por observaciones de la supernova SN 1998bw llevadas a cabo en observatorios de ESO y confirmada en el año 2003 con el GRB 030329.

[3] Se cree que, el propio GRB, se alimenta por los chorros relativistas producidos por el material de la estrella que colapsa hacia el objeto compacto central mediante un disco de acreción denso y caliente.

[4] La cantidad de níquel-56 medida en la supernova con el instrumento GROND es demasiado grande para ser compatible con la fuerte emisión ultravioleta vista por el instrumento X-shooter.

[5] Otras fuentes de energía sugeridas para explicar las supernovas superluminosas fueron las interacciones de choque con el material circundante (posiblemente vinculado a envolturas estelares expulsadas antes de la explosión) o una estrella progenitora supergigante azul. En el caso de SN 2011 kl las observaciones excluyen claramente ambas opciones.

[6] Los púlsares son la clase de estrella de neutrones observable más común, pero se cree que los magnetares desarrollan campos magnético que son de 100 a 1.000 veces más fuertes que los de los púlsares.http://www.eso.org/public/spain/news/eso1527/