Una larga explosión de rayos gamma acerca a las primeras estrellas

MADRID, 14 Jul. (EUROPA PRESS) -

   Astrónomos que analizan una explosión de larga duración de luz de alta energía observada en 2013 han encontrado rasgos muy similares a los esperables de una explosión de las primeras estrellas del universo.

   Si esta interpretación es correcta, esta explosión valida las ideas acerca de una clase recientemente identificada de estallido de rayos gamma y sirve como un sustituto de lo que  observaciones futuras pueden ver como los últimos actos 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, a las que nos referimos como estrellas de población III", explicó el científico principal Luigi Piro, director de investigación en el Instituto de Astrofísica y Planetología de Roma. "Este importante evento nos lleva un paso más cerca."

   Los estallidos de rayos gamma (GRBs) son las explosiones más luminosas del universo. Las explosiones emiten estallidos de rayos gamma - la forma más poderosa de la luz - y rayos X, y producen resplandores que se desvanecen rápidamente y que se pueden observar en luz visible, infrarrojo y longitudes de onda de radio. En promedio, el satélite Swift de la NASA, el Telescopio Espacial Fermi de Rayos Gamma y otras naves espaciales detectan alrededor de un GRB cada día.

   El 25 de septiembre de 2013, la alerta de explosión del  Telescopio Swift informó de una emanación de rayos gamma de una fuente en la constelación de Fornax. La nave espacial alertó automáticamente a observatorios alrededor del mundo que una nueva explosión - GRB 130925A designado, después de la fecha - estaba en marcha y enfocó su telescopio de rayos X (XRT) hacia la fuente.

   La explosión fue finalmente localizado en una galaxia tan lejos que su luz ha estado viajando durante 3.900 millones de años, más tiempo que la evidencia más antigua de vida en la Tierra, informa la NASA.

   Los astrónomos han observado miles de GRBs en las últimas cinco décadas. Hasta hace poco, se clasificaron en dos grupos: cortas y largas, sobre la base de la duración de la señal de rayos gamma. Las explosiones cortas, que duran sólo dos segundos o menos, se cree que representan una fusión de objetos compactos en un sistema binario.

   Los GRBs largos pueden durar desde unos segundos hasta varios minutos, con una duración típica de entre 20 y 50 segundos. Estos eventos se consideran asociados con el colapso de una estrella varias veces la masa del Sol y el nacimiento como resultado de un nuevo agujero negro.

   GRB 130925A, por el contrario, produce rayos gamma durante 1,9 horas, más de un centenar de veces más grande que un GRB largo típico. Observaciones del XRT de Swift revelaron un resplandor de rayos X intensos y altamente variables que exhiben fuertes llamaradas durante seis horas, después de lo cual comenzó finalmente el desvanecimiento constante que suele presentarse en los GRBs largos.

UNA ESPECIE RARA

   "GRB 130925A es un miembro de una especie rara, integrano la nueva clase que llamamos explosiones ultra-largas", dijo Eleonora Troja, del Centro de Vuelo Espacial Goddard de la NASA en Greenbelt, Maryland, y miembro del equipo de estudio. "Pero lo que realmente lo distingue es su resplandor de rayos X inusual, que ofrece el caso más fuerte hasta ahora de que las GRBs ultra-largas provienen de las llamadas estrellas supergigantes azules".

   Nacidas con más de 25 veces la masa del Sol, las estrellas Wolf-Rayet son tan ardientes que expulsan sus envoltorios exteriores de hidrógeno a través del viento estelar. En el momento en que se derrumba, la atmósfera exterior de la estrella ha desaparecido y su tamaño físico es comparable con el del Sol. Se forma un agujero negro en el núcleo de la estrella y la materia que cae hacia acciona chorros que se introducen a través de la estrella. Los chorros prosiguen durante unas pocas decenas de segundos - la escala de tiempo de los GRBs largos.

   Debido a que los GRBs ultra-largas duran cientos de veces más, la estrella de origen debe tener un tamaño físico correspondientemente mayor. El sospechoso más probable, dicen los astrónomos, es una supergigante azul, una estrella caliente con unas 20 veces la masa del Sol que conserva su atmósfera de hidrógeno en profundidad, por lo que es aproximadamente 100 veces el diámetro del sol. Las supergigantes azules que contienen sólo una fracción muy pequeña de elementos más pesados que el helio --los metales-- podrían ser sustancialmente mayores.

   El contenido de metales de una estrella controla la fuerza de su viento estelar, y esto a su vez determina la cantidad de su atmósfera de hidrógeno que retiene antes del colapso. Para las más grandes supergigantes azules, a la envoltura de hidrógeno le tomaría horas caer en el agujero negro, proporcionando una fuente de combustible sostenible para alimentar las GRBs ultra-largas.

   En su estudio publicado en The Astrophysical Journal Letters, los investigadores señalan que las observaciones de radio de la luminiscencia residual de GRB muestran que el brillo se ve casi constante durante un período de cuatro meses. Este extremadamente lento declive sugiere que la onda expansiva de la explosión se movía esencialmente sin obstáculos por el espacio, lo que significa que el medio ambiente alrededor de la estrella está en gran parte libre de material desechado por viento estelar.

   Los astrónomos concluyen que la mejor explicación de las propiedades inusuales de GRB 130925A es que anunciaba la muerte de una supergigante azul pobre en metales, un modelo que sugieren caracteriza probablemente a todas las exploisones de rayos gamma ultra-largas.

   Las estrellas producen elementos pesados durante toda su vida de producción de energía y durante su agonía en las explosiones de supernovas y los GRBs. Cada generación enriquece gas interestelar con una mayor proporción de metales, pero el proceso no es uniforme y todavía existen galaxias pobres en metales cerca.

   Mirar más lejos en el universo significa mirar más profundamente en el pasado, hacia las generaciones estelares anteriores que se formaron a partir de gas cada vez más pobres en metales. Los astrónomos creen que las estrellas de Población III terminaron sus vidas como supergigantes azules, así que el GRB 130925A puede llegar a ser un valioso análogo cercano a los fenómenos que algún día podríamos detectar desde las estrellas más distantes del universo,