Un artículo científico publicado el 21 de febrero de este año en la revista Nature, que contó con la participación de investigadores brasileños, aportó nuevas evidencias de que una explosión de rayos gamma registrada en marzo de 2023 sería el resultado de un suceso cósmico inusual: la fusión de dos estrellas de neutrones o de una estrella de este tipo y un agujero negro. La colisión y posterior fusión de dos objetos celestes tan densos se conoce como kilonova. El acontecimiento, que tuvo lugar el año pasado y está catalogado como la segunda explosión de rayos gamma más luminosa y energética jamás registrada, ya había sido objeto de un estudio anterior, también publicado en Nature, pero realizado por otro grupo de astrofísicos, que presentaron resultados similares a los del estudio más reciente.
La explosión asociada a una kilonova genera gigantescas emisiones de luz, sobre todo en la longitud de onda de los rayos gamma, invisibles al ojo humano. Otra firma característica de la unión de dos estrellas de neutrones es la producción de elementos químicos del grupo de las tierras raras, también llamadas lantánidos, metales más pesados que el hierro. En el espacio, tan solo una explosión asociada a una kilonova sería capaz de funcionar como una fábrica de tierras raras. Los lantánidos se forjan a partir de un proceso conocido como captura de neutrones, que implica un decaimiento radiactivo y emisiones de rayos gamma, el tipo de luz (fotón) más energético.
– El Sol emitió una cantidad excesiva de rayos gamma de alta energía durante su último pico de actividad
“Hemos encontrado pruebas de que esta kilonova habría producido más lantánidos estables de lo que esperábamos inicialmente”, dice el astrofísico Clécio de Bom, del Centro Brasileño de Investigaciones Físicas (CBPF). De Bom es uno de los tres brasileños que firman el artículo, redactado por un grupo internacional de científicos y coordinado por Eleonora Troja, de la Universidad de Roma Tor Vergata. Los otros dos son Martín Makler, también del CBPF, y el astrónomo Felipe Navarete, quien trabaja en el telescopio Soar, un instrumento de observación instalado en Chile y operado por Brasil y universidades estadounidenses.
En una kilonova, las emisiones de rayos gamma que resultan de la fusión duran segundos, pero queda un brillo residual denominado afterglow, que es liberado durante días o semanas en otras longitudes de onda, como la de la luz visible y el infrarrojo. Por esta razón, incluso los telescopios que no operan en las frecuencias de los rayos gamma, como el Hubble y el James Webb, pueden emplearse para seguir el afterglow de los sucesos extremadamente energéticos. “Con el Soar hemos podido observar esta kilonova en cinco momentos diferentes”, informa Navarete.
La segunda explosión más intensa de rayos gamma fue registrada por primera vez el 7 de marzo de 2023 por el telescopio espacial Fermi, de la Nasa, dedicado a realizar observaciones en este rango de longitud de onda. El evento fue denominado GRB 230307A. Las tres primeras letras constituyen un acrónimo del nombre del fenómeno en inglés: gamma-ray burst (GRB). Las cifras aluden al año (23), mes (03) y día (07), en que ocurrió. La “A” significa que fue la primera explosión de este tipo observada en esa fecha.
Clara & Sofía López Martín (Freepik) / Alberto J. Castro-Tirado (IAA-CSIC/UMA) La ilustración retrata la colisión de las estrellasClara & Sofía López Martín (Freepik) / Alberto J. Castro-Tirado (IAA-CSIC/UMA)
Además de su enorme luminosidad, el fenómeno despertó el interés inmediato de la comunidad de astrofísicos debido a otras dos peculiaridades: su duración atípica y la región del espacio de la que procedía la explosión. El intenso pulso de rayos gamma duró alrededor de 35 segundos, esto lo sitúa, según la clasificación del área, como una explosión de larga duración. Los sucesos de este tipo que duran menos de 2 segundos se consideran breves; los que superan este límite temporal, se clasifican como largos.
El problema radica en que las kilonovas siempre se asociaron a fenómenos GRB cortos, mientras que los pulsos de rayos gamma más prolongados suelen ser producidos por las supernovas, como se denomina a la muerte de las estrellas supermasivas, un proceso que también genera una fuerte explosión. Sin embargo, los astrofísicos de los dos grupos independientes que analizaron el GRB 230307A no encontraron ninguna estrella masiva moribunda en el lugar donde se produjo el evento.
Esta región está prácticamente vacía de objetos celestes y se encuentra a unos 130.000 años luz de la galaxia más cercana. Este panorama desolador llevó a los investigadores a proponer una explicación para esta incómoda situación: un par de estrellas de neutrones se habría escindido de su galaxia madre y emigrado a una zona vecina. En el medio de la nada, estas estrellas se fusionaron y generaron esta colosal explosión de rayos gamma de más de medio minuto de duración.
Según la astrofísica italiana Eleonora Troja, nunca se observó una kilonova y sus secuelas por más de unos pocos días. “Es necesario observarla durante semanas y meses [como hicieron ellos] para averiguar qué tipo de metales se forjaron durante la explosión”, dijo la investigadora en un comunicado a la prensa informando del estudio. Como en el lugar asociado al GRB 230307A hay indicios de la formación de lantánidos, los científicos sostienen que allí se produjo una fusión de dos objetos muy densos y compactos, uno de los cuales, al menos, era una estrella de neutrones.
Artículo científico
YANG, Y. et al. A lanthanide-rich kilonova in the aftermath of a long gamma-ray burst. Nature. 21 feb. 2024.
