Los astrónomos creen que un GRB Largo (GRB, explosión de rayos gamma) proviene de una estrella masiva que gira rápidamente cuando su núcleo se queda sin combustible y colapsa, formando un agujero negro en el centro de la estrella. En el concepto de este artista, dos chorros emergen de una estrella moribunda e interactúan con el gas y el polvo alrededor. Crédito de la imagen: NASA’s Goddard Space Flight Center / Conceptual Image Lab
El Observatorio Swift Neil Gehrels y el satélite de rayos gamma Fermi de la NASA detectaron una señal excepcionalmente brillante en el espacio y enviaron alertas automáticas a los científicos.
Stephen Lesage recibe una comunicación el 9 de octubre de 2022 que le informa de un evento cósmico poco común que lo dejaría perplejo.
El Observatorio Swift de Neil Gehrels y el satélite de rayos gamma Fermi de la NASA detectaron una señal excepcionalmente brillante en el espacio y enviaron alertas automáticas a los científicos.
El grupo entero de científicos exclamó: «¡Esto es una locura!» ¿Quién es responsable de examinar esto? Lesage, un estudiante de posgrado de la Universidad de Alabama en Huntsville, recordó: «Esto es lo que estábamos esperando». ¡Es momento de trabajar!
El evento extraño resultó ser una explosión cósmica que puede haber sido la más intensa en energía de rayos X y gamma desde el comienzo de la civilización. Los astrónomos lo llamaron BOAT, que significa «el más brillante de todos los tiempos». Lesage supervisó un análisis de los datos de Fermi que reveló la verdadera brillantez del BOAT. Más de 150 telescopios en el espacio y en la Tierra observaron el evento, incluido el IXPE (Explorador de polarimetría de rayos X de imágenes) de la NASA, los telescopios espaciales Hubble y James Webb, y el XMM-Newton de la Agencia Espacial Europea.
El universo está cambiando.
Un ejemplo de lo que los astrónomos llaman astronomía en el dominio del tiempo y los multimensajeros es el BOAT. La sección «Dominio del tiempo» se refiere a eventos que ocurren en el universo y que se pueden observar a través de telescopios a medida que se desarrollan, como una supernova o la fusión de dos estrellas de neutrones. La variedad de «mensajeros» son aquellas que transmiten una información sobre el universo, incluidas todas las formas de luz, partículas de alta energía y ondas en el espacio-tiempo. A esto se lo llama «astronomía multimensajeros».
Aunque el universo puede parecer evolucionar de forma extremadamente lenta a lo largo de millones o incluso miles de millones de años, sus habitantes celestes ocasionalmente experimentan transformaciones significativas que duran días o incluso fracciones de segundos. A medida que sus agujeros negros centrales absorben material, los centros galácticos se iluminan. El plasma de las estrellas cercanas se extrae a través de agujeros negros. Las estrellas explotan. Las estrellas de neutrones chocan con los agujeros negros, las estrellas de neutrones chocan con otras estrellas de neutrones y los agujeros negros se fusionan con otros. Incluso los choques de objetos celestes distantes pueden producir fuertes ondas que pueden ser detectadas por instrumentos espaciales y terrestres. Muchos de estos fenómenos son impredecibles en cuanto a dónde y cuándo ocurrirán.
Fermi y Swift son dos satélites «vigilantes» de la NASA que envían alertas cuando detectan un brillo repentino de rayos gamma. Los instrumentos cruciales que podrían ser los primeros en observar estos eventos incluyen son el Monitor de Explosiones de Rayos Gamma del Telescopio Espacial de Rayos Gamma Fermi y el Telescopio de Alerta de Explosiones del Observatorio Espacial Swift.
«Cuando sucede algo impulsivo, cuando algo explota o cruje y colapsa, se desencadenan ondas de energía», dijo Valerie Connaughton, quien dirige la cartera de astrofísica de alta energía y la Iniciativa de Astronomía en el dominio del tiempo y multimensajeros dentro de la División de Astrofísica de la NASA con sede en Washington.
Los científicos podrán colaborar con otros telescopios para realizar un seguimiento del evento una vez que sus computadoras y teléfonos reciban una alerta. Al utilizar una variedad de diferentes observatorios e instrumentos espaciales para estudiar estos destellos en gran medida impredecibles, los científicos pueden reconstruir qué, dónde, cuándo y por qué observaron un «intermitente» en la calma habitual del espacio.
Después de comparar las observaciones del BOAT desde numerosos telescopios, los científicos descubrieron que esta explosión excepcionalmente brillante provino de una supernova y, en particular, del colapso del núcleo de una estrella masiva que giraba rápidamente.
Posteriormente, los científicos descubrieron a través de datos de la misión NuSTAR de la NASA que el chorro de material que salió de la estrella al explotar tenía una forma más compleja de lo que pensaban inicialmente.
Lesage afirmó que se había producido una explosión en una estrella gigante, lo que nos permite investigar el fenómeno y determinar sus causas, así como aplicar ingeniería inversa a los componentes y reconstruirlos.
Nuevas señales brillantes.
Apenas cinco meses después del BOAT, Fermi informó a los científicos que había ocurrido el segundo estallido de rayos gamma más brillante en los últimos cincuenta años. Esta nueva señal, GRB 230307A, que se produjo en marzo de 2023, se unió al BOAT en la categoría de estallidos «largos» de rayos gamma, con una duración de 200 segundos en lugar de los 600 del BOAT.
Los investigadores descubrieron a través de los datos infrarrojos del Telescopio Espacial James Webb de la NASA que GRB 230307A podría haber surgido de una fusión de dos estrellas de neutrones a una distancia de aproximadamente mil millones de años luz de la Tierra. Además, el Webb detectó un elemento raro: el telurio, lo que sugiere que las fusiones de estrellas de neutrones crean elementos pesados como este.
Eric Burns, miembro del equipo del Telescopio Espacial de Rayos Gamma Fermi de la Universidad Estatal de Luisiana y coautor del artículo GRB 230307A, aún no está seguro de este resultado. Los modelos actuales de física atómica no explican por completo las longitudes de onda del infrarrojo medio que el Webb detectó, y la fusión de estrellas de neutrones no debería generar explosiones de rayos gamma tan largas. Espero que, en los años venideros, el Webb nos brinde más información sobre este tipo de eventos.
Burns dijo que la astronomía en el dominio del tiempo nos permite obtener respuestas fundamentales sobre las propiedades del universo, de la física fundamental misma y del origen de los elementos.
Una multitud de mensajeros.
Los científicos también pueden reconstruir sus orígenes utilizando «mensajeros» cósmicos asociados con destellos cósmicos fugaces. El descubrimiento inicial de ondas gravitacionales en 2015 por parte de LIGO, el Observatorio de Ondas Gravitacionales con Interferómetro Láser, demostró que el universo se podía observar de una manera completamente nueva y comenzó una nueva era de posibilidades para el uso de múltiples mensajeros para estudiar los cambios repentinos en el universo.
En 2017, los científicos demostraron ese potencial al estudiar una kilonova, o fusión de estrellas de neutrones, llamada GW170817, combinando observaciones de ondas gravitacionales con datos de varios observatorios terrestres y espaciales. Burns y sus colegas realizaron la primera medición precisa de la velocidad de la gravedad utilizando los conocimientos que adquirieron de su extenso estudio de esta kilonova, «la última gran confirmación de una predicción de Einstein».
Una kilonova es la fusión en un sistema binario de dos estrellas de neutrones o una estrella de neutrones y un agujero.
Hoy en día, la red de LIGO, respaldada por la NSF (Fundación Nacional de Ciencias) de EE. UU., VIRGO de Europa y KAGRA de Japón, busca eventos de ondas gravitacionales.
Tanto el BOAT como el estallido de rayos gamma que parece haber producido telurio han demostrado que la luz es el único tipo de «mensajero» del universo. En cada evento, un experimento apoyado por la NSF llamado IceCube buscó neutrinos de alta energía provenientes de la misma región del cielo, pero no encontró ninguno. Sin embargo, la falta de neutrinos observados limita las posibilidades de cómo ocurrieron estos eventos.
Michela Negro, astrofísica y profesora asistente en la Universidad Estatal de Luisiana, dijo: «Este enfoque de múltiples mensajeros es importante, incluso cuando no hay detección». «Realmente ayuda a descartar algunos escenarios y nos dice algo nuevo cuando logramos tener este tipo de detecciones».
Un futuro brillante.
Tanto el BOAT como el estallido de rayos gamma que parece haber producido telurio han demostrado que la luz es el único tipo de «mensajero» del universo. En cada evento, un experimento apoyado por la NSF llamado IceCube buscó neutrinos de alta energía provenientes de la misma región del cielo, pero no encontró ninguno. Sin embargo, la falta de neutrinos observados limita las posibilidades de cómo ocurrieron estos eventos.
Lesage dijo: «Esos son solo eventos transitorios; mira ahora o te lo perderás». Mira lo más rápido posible.
Nueva tecnología en telescopios.
En los próximos años, la NASA lanzará nuevos satélites “observadores” para ayudar a detectar eventos transitorios repentinos como estos. Incluyen varios CubeSats, que son una clase de naves espaciales miniaturizadas construidas en unidades estandarizadas de cubos de alrededor de 4 pulgadas (10 cm) de lado:
BurstCube, que se lanzará en marzo de 2024, para monitorear señales de rayos gamma.
BlackCat, se lanzará en el 2025, para detectar luz de rayos X.
StarBurst, que se lanzará en 2027, para monitorear señales de rayos gamma.
Este tipo de ciencia también está presente en las asociaciones internacionales:
ULTRASAT (Satélite de Astronomía Ultravioleta Transitoria), un pequeño satélite de la Agencia Espacial Israelí y del Instituto Weizmann de Ciencias, con un amplio campo de visión especializado en luz ultravioleta, cuenta con aportes de la NASA. Se espera que se lance en 2026.
La misión LISA (Laser Interferometer Space Antenna) de la ESA. Esta misión será capaz de detectar por primera vez ondas gravitacionales desde el espacio, cuenta con contribuciones de la NASA. Se espera que se lance en la década de 2030.
Además, los telescopios de la NASA con otros objetivos principales pueden ayudar a detectar estos eventos inusuales:
Psyche, en su camino hacia el asteroide Psyche, rico en metales, tiene un espectrómetro de rayos gamma que los astrónomos pueden utilizar para detectar explosiones de rayos gamma a medida que la nave espacial navega hacia su destino durante los próximos años.
WISE, que cartografió el cielo en longitudes de onda infrarrojas, encontró muchos objetos distantes y fenómenos cósmicos nuevos.
La misión NEOWISE, que reutiliza el telescopio WISE, explora el espacio cercano a la Tierra en busca de asteroides potencialmente peligrosos.
El Telescopio Espacial Romano Nancy Grace de la NASA, un observatorio infrarrojo que iluminará antiguos misterios de la energía oscura y descubrirá miles de exoplanetas, está diseñado para tener una visión amplia del cielo y, sin duda, captará señales infrarrojas transitorias. El observatorio realizará varios estudios para buscar estos fenómenos y la misión apoyará a muchos equipos para estudiar temas relevantes que van desde estrellas variables hasta el nacimiento de agujeros negros y galaxias activas. El lanzamiento de Roman está previsto para mayo de 2027 y también proporcionará alertas sobre los cambios en el espacio.
La misión NEO Surveyor utilizará detectores infrarrojos para ampliar la búsqueda de asteroides y cometas que puedan representar un peligro para la Tierra. También se espera que las imágenes que tomará NEO Surveyor capturen muchos objetos de fondo más distantes.
