Hace unos mil millones de años, la galaxia SDSS J025810.28-085719.2, en la constelación de Erídano, bullía de actividad: allí tuvo lugar una de las mayores explosiones del universo, probablemente relacionada con el colapso de una estrella masiva para formar un agujero negro. A modo de despedida, esa estrella lanzó al espacio un estallido de rayos gamma (GRB, por sus siglas en inglés). Los telescopios terrestres lo detectaron el 29 de agosto de 2019, por lo que recibió el nombre de GRB 190829A.

Aunque «una de las mayores explosiones del universo» pueda sonar muy espectacular, los estallidos de rayos gamma no son eventos inusuales. Pero desde su descubrimiento en la década de 1960, han desconcertado un tanto a los científicos. Y GRB 190829A ha resultado ser aún más emocionante, como informa un equipo de la colaboración H.E.S.S. en la revista Ciencias.

Los estallidos de rayos gamma son ráfagas de radiación ultraenergética, que se concentra en dos haces emitidos en sentido contrario. En un periodo de tiempo muy breve, estos eventos —descubiertos casi por casualidad en la década de 1960— liberan tanta energía como nuestro sol en unos cuantos miles de millones de años. Los estallidos de rayos gamma llegan desde todas las direcciones a la Tierra, donde aguardan telescopios espaciales de rayos gamma como Fermi o Swift. Fueron estos instrumentos los que detectaron GRB 190829A el 29 de agosto de 2019.

Una explosión muy cercana

Aunque los estallidos de rayos gamma propiamente dichos son eventos bastante breves, que suelen durar tan solo unos segundos, su resplandor posterior puede prolongarse varios días. Esa «posluminiscencia» está formada por radiación electromagnética con un amplio abanico de longitudes de onda, hasta los rayos gamma con energías del orden de los teraelectronvoltios (TeV, un billón de veces más altas que la de la luz visible). Pero nuestros instrumentos en la Tierra rara vez detectan esas emisiones tan energéticas.

La razón principal es que los estallidos de rayos gamma suelen acaecer muy lejos, a distancias mucho mayores que los mil millones de años luz que nos separan de GRB 190829A. En su largo camino a través del universo, la radiación de alta energía se atenúa por culpa de las colisiones: se pierde, por así decirlo.

Pero a una distancia de unos mil millones de años luz, GRB 190829A aún se halla casi en nuestro vecindario cósmico. Gracias a eso, los científicos de la colaboración H.E.S.S. lograron detectar radiación de hasta 3,3 TeV en la posluminiscencia de ese estallido de rayos gamma.

Esa detección no tuvo lugar de manera directa: tras su viaje por el espacio, los fotones de alta energía se encuentran con las partículas de la atmósfera terrestre y desencadenan una cascada de partículas secundarias de baja energía. Estas generan una débil luz fluorescente que puede ser captada por telescopios como H.E.S.S., ubicado en Namibia. Eso permitió a los científicos medir el espectro de energía de la posluminiscencia del estallido de rayos gamma.

Generación de rayos X y rayos gamma

Y hallaron un resultado curioso: los espectros de rayos X y de rayos gamma de la posluminiscencia eran extrañamente similares. Por ejemplo, ambas emisiones se desvanecían de manera semejante y con igual rapidez. Eso sugiere que ambas componentes podrían responder al mismo mecanismo físico.

Pero eso contradice la teoría aceptada sobre el modo en que los estallidos de rayos gamma surgen e interactúan con su entorno y, en particular, sobre cómo pueden producirse rayos gamma con energías del orden de los TeV.

En el caso de los rayos X, el mecanismo parece claro: aparecen cuando las partículas cargadas, como los electrones, describen trayectorias curvas en el seno de un campo magnético (y en los entornos donde se producen los estallidos de rayos gamma abundan tanto los campos magnéticos como las partículas cargadas). Los aceleradores de partículas de la Tierra funcionan de forma muy parecida: así es como los investigadores generan la llamada radiación de sincrotrón.

Sin embargo, se supone que ese proceso falla a energías aún más altas (las correspondientes a los rayos gamma) porque los electrones no pueden moverse lo bastante rápido para generar radiación tan energética. Los físicos creen que los fotones de alta energía que hay en la posluminiscencia de los estallidos de rayos gamma se deben a un mecanismo más complicado: el efecto Compton inverso, donde los electrones chocan con los fotones que han producido anteriormente y les confieren energía adicional.

Así pues, ¿qué revelan la posluminiscencia de GRB 190829A y la semejanza entre los espectros de rayos X y de rayos gamma? De momento, los científicos consideran que seguramente tengan que esperar a detectar otros estallidos de rayos gamma así de favorables. Y es que nunca se había logrado medir el espectro de la posluminiscencia durante tanto tiempo: en esta ocasión pudieron estudiarlo durante tres días. Queda por ver si realmente hay que modificar la teoría de los estallidos de rayos gamma. En ese caso, puede que no solo sean las explosiones más potentes del universo, sino también aceleradores de partículas mucho mejores de lo que pensábamos.

Franziska Konitzer

Referencia: «Revelando similitudes temporales y espectrales de rayos X y rayos gamma en el resplandor crepuscular GRB 190829A», Colaboración de HESS en Ciencias, vol. 372, págs. 1081-1085, 4 de junio de 2021.

Más información en la página web de DESY



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