Estallidos de rayos gamma rastreados más lejos en el universo distante

   MADRID, 21 Nov. (EUROPA PRESS) -

   Astrónomos dirigidos por la Universidad Northwestern han elaborado el inventario más amplio hasta la fecha de las galaxias en las que se originan los estallidos cortos de rayos gamma (SGRB).

   Utilizando varios instrumentos de alta sensibilidad y un sofisticado modelado de galaxias, los investigadores identificaron los hogares galácticos de 84 GRB y sondearon las características de 69 de las galaxias anfitrionas identificadas. Entre sus hallazgos, que se publican en dos artículos en 'The Astrophysical Journal', descubrieron que cerca del 85% de los GRB estudiados proceden de galaxias jóvenes y con formación estelar activa.

   Los astrónomos también descubrieron que se produjeron más SGRB en épocas anteriores, cuando el universo era mucho más joven, y con mayores distancias desde los centros de sus galaxias anfitrionas, de lo que se conocía. Sorprendentemente, varios GRB se detectaron muy lejos de sus galaxias anfitrionas, como si hubieran sido "expulsados", un hallazgo que plantea preguntas sobre cómo fueron capaces de viajar tan lejos.

   "Este es el mayor catálogo de galaxias anfitrionas de GRB que ha existido nunca, por lo que esperamos que sea el estándar de oro durante muchos años", destaca Anya Nugent, estudiante de posgrado de Northwestern que dirigió el estudio centrado en el modelado de galaxias anfitriona, y miembro del Centro de Exploración e Investigación Interdisciplinaria en Astrofísica (CIERA).

   "Construir este catálogo y tener por fin suficientes galaxias anfitrionas para ver patrones y sacar conclusiones significativas es exactamente lo que el campo necesitaba para impulsar nuestra comprensión de estos fantásticos eventos y de lo que les sucede a las estrellas después de morir", subraya en un comunicado.

   Dado que los GRB se encuentran entre las explosiones más brillantes del universo, el equipo llama a su catálogo BRIGHT (Broadband Repository for Investigating Gamma-ray burst Host Traits). Todos los datos y productos de modelización de BRIGHT están disponibles en línea para uso de la comunidad.

   Cuando dos estrellas de neutrones colisionan, generan destellos momentáneos de intensa luz de rayos gamma, conocidos como GRB. Mientras que los rayos gamma duran apenas unos segundos, la luz óptica puede continuar durante horas antes de desvanecerse por debajo de los niveles de detección. Los GRB son algunas de las explosiones más luminosas del universo, con un máximo de una docena de ellas detectadas y localizadas cada año. Actualmente representan la única forma de estudiar y comprender una gran población de sistemas de estrellas de neutrones en fusión.

   Desde que el Observatorio Swift Neil Gehrels de la NASA descubrió por primera vez un resplandor de GRB en 2005, los astrónomos han pasado los últimos 17 años tratando de entender qué galaxias producen estas potentes explosiones.

   Las estrellas de una galaxia pueden dar una idea de las condiciones ambientales necesarias para producir los SGRB y pueden conectar los misteriosos estallidos con sus orígenes de fusión de estrellas de neutrones. Hasta ahora, sólo un GRB (GRB 170817A) tiene un origen confirmado de fusión de estrellas de neutrones, ya que se detectó apenas unos segundos después de que los detectores de ondas gravitacionales observaran la fusión binaria de estrellas de neutrones (GW170817).

   "Dentro de una década, la próxima generación de observatorios de ondas gravitacionales podrá detectar fusiones de estrellas de neutrones a las mismas distancias que los GRB actuales --afirma Wen-fai Fong, profesor adjunto de física y astronomía en Weinberg y miembro clave del CIERA, que dirigió un segundo estudio--. Así, nuestro catálogo servirá de referencia para comparar con futuras detecciones de fusiones de estrellas de neutrones".

   "El catálogo puede realmente tener impactos más allá de una sola clase de transitorios como los SGRB --destaca Yuxin 'Vic' Dong, coautor del estudio y estudiante de doctorado en astrofísica en Northwestern--. Con la riqueza de datos y resultados que presenta el catálogo, creo que una gran variedad de proyectos de investigación harán uso de él, tal vez incluso en formas que aún no hemos pensado".

   Para crear el catálogo, los investigadores utilizaron varios instrumentos altamente sensibles en el Observatorio W.M. Keck, los Observatorios Gemini, el Observatorio MMT, el Observatorio del Gran Telescopio Binocular y los Telescopios Magallanes del Observatorio Las Campanas para captar imágenes profundas y espectroscopia de algunas de las galaxias más débiles identificadas en el estudio de los anfitriones de GRB. El equipo también utilizó datos de dos de los grandes observatorios de la NASA, el telescopio espacial Hubble y el telescopio espacial Spitzer.

   Antes de estos nuevos estudios, los astrónomos caracterizaban las galaxias anfitrionas de sólo un par de docenas de GRB. El nuevo catálogo cuadruplica el número de muestras existentes. Con la ventaja de un conjunto de datos mucho mayor, el catálogo muestra que las galaxias anfitrionas de GRB pueden ser jóvenes y con formación estelar o viejas y cercanas a la muerte.

   Esto significa que los sistemas de estrellas de neutrones se forman en una amplia gama de entornos y que muchos de ellos tienen una rápida escala de tiempo entre la formación y la fusión. Dado que las fusiones de estrellas de neutrones crean elementos pesados como el oro y el platino, los datos del catálogo también profundizarán la comprensión de los científicos sobre cuándo se crearon los metales preciosos en el universo.

   Sospechamos que los GRB más jóvenes que encontramos en galaxias anfitrionas más jóvenes provienen de sistemas estelares binarios que se formaron en un "estallido" de formación estelar y están tan estrechamente unidos que pueden fusionarse muy rápidamente", explica Nugent.

   "Las teorías más antiguas han sugerido que debe haber formas de fusionar estrellas de neutrones rápidamente, pero, hasta ahora, no hemos podido presenciarlas --prosigue--. Encontramos pruebas de GRB más antiguas en las galaxias que son mucho más antiguas y creemos que las estrellas de esas galaxias tardaron más tiempo en formar una binaria o eran un sistema binario que estaba más separado. Por lo tanto, esas tardaron más en fusionarse".

   Con la capacidad de detectar las galaxias anfitrionas más débiles de épocas muy tempranas del universo, el nuevo observatorio infrarrojo insignia de la NASA, el Telescopio Espacial James Webb (JWST), está preparado para seguir avanzando en la comprensión de las fusiones de estrellas de neutrones y de lo lejos que comenzaron en el tiempo.

   "Estoy muy entusiasmado con la posibilidad de utilizar el JWST para profundizar en los orígenes de estos raros y explosivos eventos --reconoce Nugent--. La capacidad de JWST para observar galaxias débiles en el universo podría descubrir más galaxias anfitrionas de SGRB que actualmente evaden la detección, tal vez incluso revelando una población perdida y un vínculo con el universo temprano".

   "Comencé las observaciones de este proyecto hace 10 años, y fue muy gratificante poder pasar la antorcha a la siguiente generación de investigadores --recuerda Fong--. Es una de las mayores alegrías de mi carrera ver cómo años de trabajo cobran vida en este catálogo, gracias a los jóvenes investigadores que realmente llevaron este estudio al siguiente nivel".