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Fermi observa un estallido de rayos gamma “desapareciendo” en una supernova

Cuando el núcleo de una estrella masiva colapsa, puede formar un agujero negro. Parte del material circundante se filtra como potentes chorros que se precipitan hacia afuera a casi la velocidad de la luz en direcciones opuestas, como se muestra aquí. Los chorros de estrellas que colapsan suelen producir rayos gamma durante varios segundos o minutos. Los astrónomos creen que los chorros de GRB 200826A se apagaron rápidamente, provocando el estallido de rayos gamma más corto (violeta) de una estrella en colapso jamás visto. Crédito: Centro de vuelos espaciales Goddard de la NASA / Chris Smith (KBRwyle)

El 26 de agosto de 2020, el telescopio espacial Fermi Gamma Ray de la NASA detectó un pulso de radiación de alta energía que ha estado corriendo hacia la Tierra durante casi la mitad de la vida del universo actual. Solo duró un segundo y resultó ser uno de los libros de récords: el estallido de rayos gamma (GRB) más corto causado por la muerte de una estrella masiva jamás visto.

Los GRB son los eventos más poderosos del universo y pueden detectarse a miles de millones de años luz. Los astrónomos lo clasifican como largo o corto en función de si el evento durará más de dos segundos o menos. Notan ráfagas prolongadas asociadas con una desaparición masiva. estrellas, mientras que las ráfagas cortas se vincularon a un escenario diferente.

“Ya sabíamos que algunos GRB de estrellas masivas podrían registrarse como GRB cortos, pero pensamos que esto se debía a una limitación útil”, dijo Bin Bin Zhang de la Universidad de Nanjing en China y la Universidad de Nevada en Las Vegas. “Esta erupción es especial porque definitivamente es un GRB de corta duración, pero sus otras propiedades apuntan a su origen en una estrella que colapsa. Ahora sabemos que las estrellas moribundas pueden producir Explosiones cortas, además.”

Los astrónomos combinaron datos del telescopio espacial Fermi Gamma Ray de la NASA, otras misiones espaciales y observatorios terrestres para revelar el origen de GRB 200826A, una breve pero poderosa explosión de radiación. Es la explosión más corta que se sabe que está impulsada por una estrella que colapsa, y casi nunca sucedió. Crédito: Centro de vuelos espaciales Goddard de la NASA

Denominada GRB 200826A, después de la fecha de su aparición, la erupción ha sido objeto de dos artículos publicados en astronomía natural Lunes 26 de julio. El primero, dirigido por Zhang, explora datos de rayos gamma. El segundo, dirigido por Thomas Ahomada, un estudiante de doctorado en la Universidad de Maryland, College Park y el Goddard Space Flight Center de la NASA en Greenbelt, Maryland, describe el desvanecimiento de las múltiples longitudes de onda de las auroras GRB y la luz emergente de la supernova resultante. explosión.

“Creemos que este evento fue efectivamente un fracaso, un evento que estuvo a punto de no suceder en absoluto”, dijo Ahumada. “Sin embargo, la explosión liberó 14 millones de veces más energía que toda la Vía Láctea durante el mismo período de tiempo, lo que la convierte en una de las GRB de corto alcance más activas de la historia”.

Cuando una estrella mucho más grande que el Sol se queda sin combustible, su núcleo colapsa repentinamente y forma un agujero negro. A medida que la materia gira hacia el agujero negro, parte de ella escapa en forma de dos poderosos chorros que se precipitan hacia afuera a casi la velocidad de la luz en direcciones opuestas. Los astrónomos solo detectan un GRB cuando uno de estos chorros apunta casi directamente hacia la Tierra.

Cada chorro atraviesa la estrella, produciendo un pulso de rayos gamma, la forma más alta de energía, que puede durar hasta minutos. Después de la explosión, la estrella destrozada se expande rápidamente hasta convertirse en una supernova.

Fermi detecta un estallido de rayos gamma

GRB 200826 Se detectó una imagen de aurora que se desvanece (centro). Crédito: ZTF y T. Ahumada et al. , 2021

Por otro lado, los GRB cortos se forman cuando pares de objetos compactos, como las estrellas de neutrones, que también se forman durante el colapso estelar, chocan hacia adentro durante miles de millones de años. Recientemente, las observaciones de Fermi han ayudado a mostrar que, en las galaxias cercanas, las llamaradas gigantes de estrellas de neutrones aisladas y estrellas supermagnéticas también se disfrazan como estallidos cortos de rayos gamma.

GRB 200826A fue una fuerte explosión de emisiones de alta energía que duró solo 0,65 segundos. Después de viajar durante varios eones a través del universo en expansión, la señal se extendió hasta aproximadamente un segundo cuando fue detectada por el instrumento Fermi al observar el estallido de rayos gamma. El evento también se presentó en instrumentos a bordo de la misión Wind de la NASA, que orbita un punto entre la Tierra y el sol a unas 930.000 millas (1,5 millones de km) de distancia, y Mars Odyssey, que ha estado en órbita alrededor del Planeta Rojo desde 2001. ESA (European Space Continuity ) El satélite INTEGRAL de la agencia también explotó.

Todas estas misiones participan en un sistema de posicionamiento GRB llamado Red Planetaria Internacional (IPN), para el cual el Proyecto Fermi proporciona todos los fondos estadounidenses. Dado que la salpicadura llega a cada detector en momentos ligeramente diferentes, cualquier par de ellos se puede utilizar para ayudar a reducir el lugar del cielo en el que se produce. Aproximadamente 17 horas después del GRB, el IPN redujo su posición a un parche relativamente pequeño de cielo en la constelación de Andrómeda.

Utilizando la Instalación de Tránsito Zwicky (ZTF) financiada por la Fundación Nacional de Ciencias en el Observatorio Palomar, el equipo escaneó el cielo en busca de cambios en la luz visible que pudieran estar relacionados con las auroras GRB que se desvanecen.

“Hacer esta investigación es como tratar de encontrar una aguja en un pajar, pero IPN ayuda a encoger el pajar”, ​​dijo Shreya Anand, estudiante graduada de Caltech y coautora del artículo de Twilight. “De las más de 28.000 alertas de ZTF en la primera noche, solo una cumplió con todos nuestros criterios de búsqueda y también apareció en la región del cielo definida por IPN”.

Un día después de la explosión, el Observatorio Swift Neil Gehrells de la NASA detectó una emisión de rayos X que se desvanecía desde el mismo lugar. Dos días después, el Karl Jansky Very Large Array del Radio Observatorio Nacional de Astronomía en Nuevo México detectó una emisión de radio variable. Luego, el equipo comenzó a observar la aurora con una variedad de instalaciones terrestres.

Al observar la débil galaxia asociada con la explosión utilizando el Gran Telescopio Canarias, un telescopio de 10,4 metros en el Observatorio Roque de los Muchachos en La Palma en las Islas Canarias de España, el equipo demostró que su luz tarda 6.600 millones de años en llegar a nosotros. Esto representa el 48% de la edad actual del universo de 13,8 mil millones de años.

Pero para demostrar que este breve estallido provenía del colapso de una estrella, los investigadores también necesitaban capturar la supernova emergente.

“Si la explosión fue causada por el colapso de una estrella, una vez que la aurora subsiguiente se desvanezca, debería encenderse nuevamente debido a la explosión de la supernova primaria”, dijo Leo Singer, astrofísico de Goddard y asesor de investigación de Ahumada. “Pero a estas distancias, se necesita un telescopio muy grande y muy sensible para capturar el punto de luz de la supernova desde el resplandor de fondo de la galaxia anfitriona”.

Para realizar la investigación, a Singer se le dio tiempo en el Telescopio Gemini Norte de 8.1 metros en Hawai y utilizando un instrumento sensible llamado Espectrómetro Multi-Objeto Gemini. Los astrónomos tomaron imágenes de la galaxia anfitriona en luz roja e infrarroja comenzando 28 días después de la explosión, repitiendo la búsqueda 45 y 80 días después del evento. Descubrieron una fuente en el infrarrojo cercano, una supernova, en el primer conjunto de observaciones que no se pueden ver en observaciones posteriores.

Los investigadores creen que esta explosión fue impulsada por chorros que apenas salieron de la estrella antes de cerrarse, en lugar del caso más común en el que los chorros de larga duración brotan de la estrella y viajan largas distancias desde ella. Si el agujero negro emitió chorros más débiles, o si la estrella era mucho más grande cuando comenzó a colapsar, es posible que no haya habido un GRB en absoluto.

Este descubrimiento ayuda a resolver un misterio de larga data. Si bien los GRB largos deben estar asociados con las supernovas, los astrónomos descubren un número mucho mayor de supernovas que las largas. Esta discrepancia persiste incluso después de tener en cuenta el hecho de que los GRB deben acercarse a nuestra línea de visión para que los astrónomos los detecten.

Los investigadores concluyen que las estrellas en colapso que producen GRB cortos deben ser estados marginales en los que los chorros a la velocidad de la luz oscilan al borde del éxito o el fracaso, una conclusión consistente con la noción de que la mayoría estrellas enormes Muere sin producir aviones y GRB en absoluto. En términos más generales, este resultado demuestra claramente que la duración de la ráfaga por sí sola no indica de manera única su origen.


Los astrónomos han detectado el estallido de rayos gamma más corto, impulsado por una supernova


más información:
CAMA Y DESAYUNO. Zhang et al, Explosión de rayos gamma de alcance extraño a partir de un colapso masivo del núcleo de una estrella, astronomía natural (2021). DOI: 10.1038 / s41550-021-01395-z

Tomás Ahumada et al, Descubrimiento y confirmación del estallido de rayos gamma más corto de un colapso, astronomía natural (2021). DOI: 10.1038 / s41550-021-01428-7

La frase: Fermi detectó un estallido de rayos gamma ‘desapareciendo’ en una supernova (2021, 26 de julio) Recuperado el 26 de julio de 2021 de https://phys.org/news/2021-07-fermi-supernova-fizzled-gamma-ray .html

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