Publicado 16/06/2021 14:17CET

Solución a un enigma de décadas sobre las explosiones de rayos gamma

Impresión de un flujo de salida de GRB que muestra la fase rápida (destello de rayos gamma), choque inverso y choque delantero.
Impresión de un flujo de salida de GRB que muestra la fase rápida (destello de rayos gamma), choque inverso y choque delantero. - NURIA JORDANA-MITJANS

   MADRID, 16 Jun. (EUROPA PRESS) -

   La medición del campo magnético de un lejano estallido de rayos gamma ha confirmado la predicción teórica de que se desordena después de que el material expulsado choca con el medio circundante.

   Los agujeros negros se forman cuando las estrellas masivas (al menos 40 veces más grandes que nuestro Sol) mueren en una explosión catastrófica que genera una onda expansiva. Estos eventos extremadamente energéticos expulsan material a velocidades cercanas a la de la luz y generan brillantes destellos de rayos gamma de corta duración que pueden ser detectados por los satélites que orbitan la Tierra, de ahí su nombre, estallidos de rayos gamma (GRB).

   Los campos magnéticos pueden estar enhebrados en el material expulsado y, al formarse el agujero negro giratorio, estos campos magnéticos se retuercen en forma de sacacorchos que se cree que concentran y aceleran el material expulsado.

   Los campos magnéticos no pueden verse directamente, pero su firma está codificada en la luz producida por las partículas cargadas (electrones) que zumban alrededor de las líneas del campo magnético. Los telescopios terrestres captan esta luz, que ha viajado durante millones de años a través del Universo.

   La autora del estudio y directora de Astrofísica de la Universidad de Bath, Carole Mundell, explica: "Hemos medido una propiedad especial de la luz -la polarización- para sondear directamente las propiedades físicas del campo magnético que impulsó la explosión. Este es un gran resultado y resuelve un viejo enigma de estas explosiones cósmicas extremas, un enigma que he estado estudiando durante mucho tiempo".

CAPTURAR LA LUZ ANTES DE TIEMPO

   El reto consiste en capturar la luz lo antes posible después de una explosión y descifrar la física de la misma, siendo la predicción que cualquier campo magnético primordial será finalmente destruido al chocar el frente de choque en expansión con los restos estelares circundantes.

   Este modelo predice una luz con altos niveles de polarización (>10%) poco después del estallido, cuando el campo primordial a gran escala aún está intacto e impulsa el flujo de salida. Más tarde, la luz debería ser mayoritariamente no polarizada, ya que el campo se desordena en la colisión.

   El equipo de Mundell fue el primero en descubrir luz altamente polarizada minutos después del estallido, lo que confirmó la presencia de campos primordiales con estructura a gran escala. Pero el panorama de los choques frontales en expansión ha resultado más controvertido.

   Los equipos que observaron GRBs en tiempos más lentos -horas a un día después de un estallido- encontraron una baja polarización y concluyeron que los campos habían sido destruidos hace mucho tiempo, pero no pudieron decir cuándo ni cómo. En cambio, un equipo de astrónomos japoneses anunció una intrigante detección de luz polarizada al 10% en un GRB, que interpretaron como un choque frontal polarizado con campos magnéticos ordenados de larga duración.

   La autora principal del nuevo estudio, la estudiante de doctorado de Bath Nuria Jordana-Mitjans, explica: "Estas raras observaciones eran difíciles de comparar, ya que sondean escalas de tiempo y físicas muy diferentes. No había forma de conciliarlas en el modelo estándar".

   El misterio permaneció sin resolver durante más de una década, hasta que el equipo de Bath analizó el GRB 141220A.

   En el nuevo artículo, publicado este miércoles en la revista 'Monthly Notices of the Royal Astronomical Society', el equipo del profesor Mundell informa del descubrimiento de una polarización muy baja en la luz de choque frontal detectada sólo 90 segundos después de la explosión del GRB 141220A.

   Las observaciones superrápidas fueron posibles gracias al software inteligente del equipo en el telescopio robótico Liverpool, totalmente autónomo, y al novedoso polarímetro RINGO3, el instrumento que registró el color, el brillo, la polarización y la velocidad de desvanecimiento del GRB. Reuniendo estos datos, el equipo pudo demostrar que las escalas de longitud del campo magnético eran mucho más pequeñas de lo que había deducido el equipo japonés. La explosión fue probablemente impulsada por el colapso de campos magnéticos ordenados en los primeros momentos de la formación de un nuevo agujero negro.

   La misteriosa detección de la polarización por parte del equipo japonés podría explicarse por una contribución de la luz polarizada del campo magnético primordial antes de que fuera destruido en el choque.

   "Este nuevo estudio se basa en nuestra investigación que ha demostrado que los GRBs más potentes pueden ser alimentados por campos magnéticos ordenados a gran escala, pero sólo los telescopios más rápidos podrán captar un atisbo de su señal de polarización característica antes de que se pierda en la explosión", señala Jordana-Mitjans .

   La profesora Mundell añade que ahora hay que ampliar las fronteras de la tecnología "para sondear los primeros momentos de estas explosiones, capturar un número estadísticamente significativo de estallidos para los estudios de polarización y situar nuestra investigación en el contexto más amplio del seguimiento multimensajero en tiempo real del Universo extremo".