Destellos de rayos gamma, fenómenos transitorios de muy altas energías

En el Universo todo el tiempo se están produciendo distintos fenómenos que aún no comprendemos por completo, seguramente algunos ni siquiera podemos observarlos, aunque en la actualidad, la tecnología satelital, los detectores y los telescopios ya han permitido que poco a poco le robemos algunos de sus secretos.

Uno de ellos son los fenómenos transitorios astrofísicos de altas energías, como los destellos de rayos gamma (DRG), los cuales después del Big Bang son el fenómeno más energético que podemos ver con luz (fotones) y que pueden tener una duración que va de fracciones de segundo hasta horas.

El primer DRG se detectó de manera accidental en 1967. Fue captado por los satélites Vela, los cuales cuando captaron esta señal estuvieron semanas tratando de entender de dónde provenía; en un principio se pensó que podría venir de algún lugar en la Tierra, de la Luna o del Sol, aunque finalmente se concluyó que ninguno de estos tres era el sitio de procedencia de esta emisión.

Una vez que se dio a conocer a la comunidad científica sobre la existencia de los destellos de rayos gamma, años más tarde se estableció que su origen provenía desde algún lugar fuera de nuestra galaxia (esto es, extragaláctico) y en la actualidad se han detectado más de 15 mil de ellos, aunque el doctor Diego López Cámara, del Instituto de Astronomía de la UNAM, explica que no es que solo hayan ocurrido estos, sino que son los que han sido detectados hasta este momento por los satélites de los que se dispone.

Altas energías

Entre las características que los científicos han distinguido de los DRG es que cada uno es distinto al otro y no existe una periodicidad con la que ocurran, “esto hizo a los astrofísicos suponer que se trataba de algún evento que emite mucha de energía y que el fenómeno que lo producía era probablemente autodestructivo, es decir, que era un progenitor que se aniquilaba en su totalidad”, explica el astrónomo.

Además, se empezó a buscar de dónde provenían, ya que se observaba que aparecían en distintas partes del Universo, no de un lugar en específico. Entre las primeras hipótesis que se manejaron es que podían venir de algún lugar dentro de nuestra propia galaxia o cercana a esta, o de sitios sumamente más lejanos, es decir, que fuera extragaláctica.

“Normalmente, solo se veían los destellos y no se les podía anclar a ningún objeto, cuando intentaban buscar no encontraban o una estrella o una galaxia en ese punto; y fue hasta 1997 que el satélite italiano de altas energías llamado BeppoSAX identificó la primera galaxia anfitriona, es decir, el DRG es el huésped dentro de la galaxia anfitriona y desde ese entonces sabemos que no vienen de cerca sino de muy lejos”.

• La cantidad de energía que un DRG emite durante una fracción o miles de segundos es equivalente a la misma cantidad que el Sol va a emitir en 10 mil millones de años, por ello se alcanzan a ver con los satélites, aunque se produzcan a distancias tan lejanas.

En la Tierra, se han logrado generar los rayos gamma sobre todo en bombas atómicas y en algunos aceleradores de partículas, pero los fenómenos astronómicos que los producen de manera natural, los generan en una mayor cantidad.

Tipos de destellos de rayos gamma

A inicios de los años noventa fue lanzado el satélite CGRO (Compton Gamma Ray Observatory), cuyo detector de altas energías llamado BATSE (Burst and Transient Source Experiment) captó miles de DRG, y gracias a estas detecciones se pudo conocer que son de dos tipos: los cortos y los largos. Los primeros duran de décimas de segundo hasta dos segundos, mientras que los largos de dos segundos a horas.

El doctor López Cámara comenta que ahora se sabe que a ambos los producen fenómenos distintos, los largos son generados en la fase final de una estrella que nació con mucha masa y los cortos se producen tras la fusión de dos estrellas de neutrones.

Explica que aunque su nacimiento proviene de fenómenos distintos, lo que sí es igual en los dos es que emiten chorros colimados, muy rápidos (casi a la velocidad de la luz), y con mucha energía (radiación gamma). La velocidad de la luz es de 299.792,458 kilómetros por segundo.

Inicialmente, el chorro de muy alta energía emite fotones con energías en el rango gamma, los cuales son detectados por los satélites de altas energías. Luego, conforme el chorro sigue evolucionando y se va expandiendo y enfriando, emite fotones con energías en el rango de rayos X (que aunque siguen siendo muy energéticos, no lo son tanto como los gamma). Posteriormente, el chorro emite fotones en el rango ultravioleta, infrarrojo, y finalmente fotones con energías en el rango de las ondas de radio.

“Ahora estamos logrando ver un DRG con muchas bandas energéticas, con multifrecuencia y con ello entender mejor cada uno de los destellos. La radiación gamma y X, por ejemplo, te indican cómo fue el DRG inicialmente. Por otro lado, el rango óptico y de radio te indican cómo es el DRG en su fase final. Uniendo toda la información multifrecuencia se puede determinar qué tan colimado es el chorro, cuánto duró, cómo es el medio por el que el chorro evoluciona, por mencionar algunas de las características del DRG. El análisis multifrecuencia de los DRG que se tiene hoy en día es un gran avance”.

Sin embargo, agrega que a pesar de que se conoce más sobre las emisiones de los DRG, también conforme se cuenta con más datos empiezan a surgir algunos que no cumplen con los modelos estándar. 

“No sabemos si el problema está en la teoría o en la detección, o si es de verdad una cosa totalmente exótica, que no logra ser explicado por los modelos que se tienen, y esto es muy emocionante”.

Interés de los científicos por DRG cortos

Hace alrededor de una década, el mayor interés de la comunidad de astrónomos estaba en los DRG largos, pero desde hace cinco años los cortos son los que han despertado más interés, esto porque en 2017, los detectores de ondas gravitacionales LIGO y Virgo, así como dos satélites de altas energías, Fermi e Integral, detectaron un mismo fenómeno; Ligo-Virgo captó ondas gravitacionales y los satélites captaron emisión gamma, ambos fenómenos producidos en la misma región en el Universo.

“Eso lo hemos logrado ver únicamente solo una vez, es el primer fenómeno que emite tanto ondas gravitacionales como luz. Lo anterior se debió a la fusión de dos estrellas de neutrones, las cuales emiten ondas gravitacionales mientras una gira alrededor de la otra, y luego, tras la fusión de las estrellas de neutrones, se produce un DRG corto. Por desgracia, solo hemos observado este tipo de fenómeno, pero estamos todos esperando un nuevo fenómeno que produzca ondas gravitacionales y radiación electromagnética. Estamos a la espera por detectar un DRG corto ligado con ondas gravitacionales”.

El doctor López Cámara concluye que en México se contará con el telescopio Colibrí en el Observatorio Nacional de San Pedro Mártir, el cual tendrá la misión de detectar rayos gamma, así como otros fenómenos de altas energías. A nivel mundial próximamente entrará en funcionamiento el telescopio robotizado Vera Rubin, el cual estará dedicado a la detección de fenómenos transitorios de altas energías.

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