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Una inusual explosión de rayos gamma ha revelado una fusión híbrida de estrellas de neutrones no detectada hasta ahora, lo que podría arrojar luz sobre la producción cósmica de elementos pesados.
«Los astrónomos han creído durante mucho tiempo que los estallidos de rayos gamma se dividían en dos categorías: estallidos de larga duración debidos a la implosión de estrellas y estallidos de corta duración debidos a la fusión de objetos estelares compactos», explica Chris Fryer, astrofísico e investigador del Laboratorio Nacional de Los Álamos (Estados Unidos), coautor y jefe del equipo de modelización del estudio artículo el fenómeno publicado en la revista ‘Nature’.
«Pero en un suceso observado recientemente, hemos encontrado una kilonova junto con un estallido de rayos gamma de larga duración, y eso ha echado por tierra esta sencilla imagen», destaca.
Las hibernabas/supernovas son objetos transitorios de luz visible producidos en estas explosiones a partir de objetos que implosionan, mientras que las kilonovas son objetos transitorios de luz visible producidos por la fusión de objetos compactos en los que al menos uno es una estrella de neutrones.
Los estallidos de rayos gamma pueden acompañar a ambos tipos de transitorios. Las supernovas se producen cuando explota una estrella masiva; sólo un pequeño subconjunto de supernovas surgen del mecanismo de explosión que produce los estallidos de rayos gamma.
Los GRB de larga duración (más de dos segundos) suelen asociarse a supernovas, mientras que los GRB de corta duración (menos de dos segundos) suelen asociarse a fusiones de estrellas de neutrones. Todas estas formas de emisión electromagnética observable se conocen como transitorios. Las fusiones de estrellas de neutrones forman algunos de los elementos más pesados de la tabla periódica, más allá del hierro.
El 11 de diciembre de 2021, varios observatorios y satélites registraron un estallido de rayos gamma muy brillante, de 50 segundos de duración, así como emisiones ópticas, infrarrojas y de rayos X asociadas al estallido.
Este estallido largo estaba relativamente cerca -a unos mil millones de años luz, en una galaxia distinta de la Vía Láctea-, pero sus características de emisión no se ajustaban al perfil de los estallidos largos. En su lugar, las pruebas apuntaban a una fusión de objetos compactos en un suceso híbrido teórico, pero no observado hasta entonces, que produce una kilonova pero emite un estallido de rayos gamma de larga duración.
«Nuestro equipo de modelización de Los Álamos comparó la observación con un conjunto de simulaciones de supernovas y kilo novas, y no pudimos establecer una correspondencia convincente entre la señal y un modelo de supernova, mientras que varios modelos de kilonova ofrecen una buena correspondencia entre los puntos de datos ópticos e infrarrojos –explica Ryan Wollaeger, coautor del artículo y miembro del equipo de modelización de Los Álamos–. Sin embargo, aún queda más modelado teórico por hacer para comprender plenamente este transitorio».
«Esta detección rompe nuestra idea estándar de los estallidos de rayos gamma –afirma Eve Chase, también coautora del artículo, post doctoranda en Los Álamos y miembro del equipo de Los Álamos–. Ya no podemos suponer que todas las explosiones de corta duración proceden de fusiones de estrellas de neutrones, mientras que las de larga duración proceden de supernovas. Ahora nos damos cuenta de que las explosiones de rayos gamma son mucho más difíciles de clasificar. Esta detección lleva al límite nuestra comprensión de los estallidos de rayos gamma», añade.
La observación, bautizada como GRB211211A, proporciona la primera prueba directa de un evento híbrido. Las observaciones de ondas gravitacionales confirmarían la naturaleza de GRB211211A, pero por desgracia los detectores de ondas gravitacionales sensibles como LIGO (Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory) no estaban operativos en el momento de esta detección.
Según Fryer, aunque esta explosión de larga duración pone en tela de juicio los modelos aceptados de fusión de binarias compactas, una fusión explicaría todas las demás características observadas en GRB211211A.
Fryer y su asesor Stan Woosley acuñaron y desarrollaron en 1999 el paradigma de los agujeros negros y los discos de acreción, ampliamente aceptado como la explicación más sencilla de las dos clases de estallidos de rayos gamma.
Según este paradigma, la fusión de objetos compactos, con sus halos de material atraído gravitatoriamente (discos de acreción), produciría estallidos de rayos gamma de corta duración. El colapso de estrellas masivas en supernovas, con discos de acreción de vida más larga, produciría estallidos más prolongados. Fryer afirma cada vez son más las observaciones que corroboran estas dos clases y los tipos de objetos estelares asociados a ellas.
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