Telescopio mexicano ayuda a entender explosiones cósmicas

Aún cuando se descubrieron en los años 60’s del siglo pasado, los estallidos de rayos gamma (Gamma Ray Burst o  GRB, en el argot científico) continúan siendo un misterio para los astrónomos. Lo poco que sabemos hasta ahora es que muy probablemente son producto de la megaexplosión de una estrella mucho más masiva que el Sol, justo al llegar a sus últimos momentos de vida. El resultado de un evento de tal magnitud es, seguramente, la formación de un agujero negro junto con un haz superenergético de radiación gamma. Sin embargo, varios de los fenómenos en torno a estos rápidos destellos aún permanecen inciertos.

El gran problema con los GRB es que suceden en cuestión de segundos o minutos y la coordinación entre diversos observatorios para estudiarlos es complicada. Por ejemplo, una vez que los GRB son detectados desde el espacio por los telescopios de la NASA Fermi o Swift, se manda una alerta a diversos sitios, donde de forma automática se ponen en marcha otros telescopios que le darán seguimiento y observan en otras longitudes de onda. Cuantos más tipos de luz sean observados, mayor probabilidad de éxito para los astrónomos.

Telescopio Espacial Swift (NASA)

La alarma llega a México

El 25 de junio de 2016 los dos satélites de la NASA detectaron una explosión en dirección entre las constelaciones de Aquila (el águila) y Delphinus (el delfín), que fue denominada GRB 160625B y cuyo estudio es presentado en la revista Nature. El GRB liberó en aproximadamente 40 segundos tanta energía como el Sol arroja durante toda su vida, con la radiación de rayos gamma enfocada en un haz angosto, dirigido por casualidad hacia la Tierra.

Después de unos minutos, la notificación llegó al telescopio MASTER-IRC en el Observatorio Teide, en Tenerife, España, con el que se pudo estudiar la luz óptica polarizada, producida justo en la fase inicial. Ocho y media horas más tarde, cuando el GRB podía ser visto desde México, la cámara RATIR, montada en el telescopio de 1.5 metros, en el Observatorio Astronómico Nacional de México (OAN), pudo dar seguimiento tomando imágenes en luz óptica e infrarroja. RATIR son las siglas de Reionization And Transients InfraRed camera y es parte de la colaboración que el Instituto de Astronomía de la UNAM (IA-UNAM) mantiene con diversas universidades e instituciones científicas en el mundo. El OAN se ubica en la Sierra de San Pedro Mártir, en Baja California.

Observatorio del telescopio de 1.5 metros. (OAN-UNAM)

“El telescopio del OAN seguirá siendo utilizado para hacer ciencia en México, pero ya no del modo tradicional […] ahora estará robotizado. Esto tiene grandes ventajas, porque al ser un instrumento pequeño facilitará dar seguimiento a un objeto celeste y ver sus variaciones.”

señalaba Alan Watson, miembro del equipo responsable de RATIR e investigador del IA-UNAM, en una entrevista en 2010, justo cuando comenzaban los trabajos de instalación.

Cámara RATIR en el telescopio de 1.5 metros. (Foto: Alan Watson/UNAM)

Para cuando GRB 160625B comenzó a observarse en México, el evento ya había menguado y entró en la etapa que los astrónomos llaman afterglow. Cuando los GRB llegan a esta etapa, su resplandor continúa en longitudes de onda mayores, como infrarrojo o radio. Precisamente, RATIR tomó imágenes en cuatro filtros que dejan pasar radiación de la parte infrarroja del espectro electromagnético.

“El campo de observación del satélite Swift es muy grande, por eso puede detectar fácilmente explosiones de rayos gamma; pero no puede verlas con gran detalle, esto es, con una mayor resolución y por eso envía las señales a bases en Tierra, de donde se canalizan a los telescopios a través de Internet”,

explicaba por su parte Alejandro Farah Simón, también del IA de la UNAM, en la misma entrevista que Watson.

Misteriosos haces de energía

En promedio, se detecta un estallido de rayos gamma por día y algo interesante es que vienen de cualquier dirección en el espacio, una característica que los astrónomos llaman isotropía. Se cree que la mayoría de estas explosiones están asociadas con supernovas: la explosión colosal de una estrella masiva, que arroja hacia el espacio las capas exteriores de la estrella, mientras que su núcleo se derrumban en cuestión de segundos, produciendo una estrella de neutrones, o en el caso de estrellas mucho muy masivas, un agujero negro.

Dentro de los enigmas sobre los GRB, se encuentra el o los mecanismos que ayudan a que la radiación de estos eventos sea tan energética y colimada (enfocada). Precisamente, los datos de luz polarizada obtenidos con MASTER-IRC, mostraron a los científicos cómo suceden las cosas.

“Creemos que la emisión de rayos gamma se debe a electrones altamente energéticos, impulsados ​​hacia fuera”,

señala Nathaniel Butler de la Universidad Estatal de Arizona y uno de los líderes de la investigación. En el caso del GRB de junio del 2016, un hecho sin precedentes y clave fue medir la polarización de la radiación.

Imágenes tomadas con RATIR, donde se muestra el desvanecimiento del brillo en GRB 160625B.

La gran cantidad de polarización observada por los astrónomos indica que los potentes campos magnéticos del agujero negro dominan la formación y dirección del haz de radiación. Esto da soporte al modelo de origen magnético para los estallidos de rayos gamma.

“Esta es la primera evidencia fuerte de que los choques iniciales generados por los GRB son impulsados ​​por campos magnéticos”,

concluye Butler.

En el equipo de colaboradores que estudió a GRB 160625B están Alan Watson, William Lee, Jesús González, Michael Richer y Carlos Román-Zúñiga, todos investigadores del IA-UNAM, además del mexicano Enrico Ramirez-Ruiz de la Universidad de California, Santa Cruz.

Más información en Inglés aquí.

 

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Anuncian una detección más de ondas gravitacionales

Un equipo internacional de investigadores ha realizado la tercera detección de ondas gravitacionales: esos bucles del espacio-tiempo (predichas por Einstein a principios del siglo pasado), producidas por colisiones de objetos extremadamente masivos.

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Aunque la detección ocurrió el 4 de enero de este 2017, el anuncio se da hoy, después de largos trabajos de análisis y modelado. El resultado fue la confirmación de las ondas y la propuesta de su origen: la colisión de dos agujeros negros, a 3,000 millones de años luz de distancia, cuya fusión creó un objeto similar pero 50 veces la masa del Sol.

… [estos] agujeros negros podrían haber estado girando en direcciones opuestas, lo que ofrece importantísimas pistas sobre cómo nacen estos sistemas binarios. Es posible que estos […] se formaron en el Universo temprano y contribuyeron significativamente con materia oscura en el Cosmos.

Dice Susan Scott, jefa de investigación del Centre of Excellence for Gravitational Wave Discovery, de la Universidad Nacional de Australia, que a su vez forma parte del consorcio LIGO (Laser Interferometer Gravitational-wave Observatory), encargado del experimento-observatorio del mismo nombre.

LIGO anunció en febrero de 2016 el descubrimiento de la primer señal de ondas gravitacionales (se formó un agujero de 62 masas solares) y en junio la segunda (21 masas solares). Desde entonces han venido trabajando para mejorar los instrumentos y enriquecer el catálogo de esta fauna cósmica.

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Señal de GW170104, la onda gravitacional anunciada hoy. Fuente: LIGO/Phys. Rev. Lett. 118, 221101

El proceso de confirmación no es nada sencillo. Una vez que se detecta una señal que podría ser una onda gravitacional, se elaboran decenas de modelos, con diversos parámetros asociados con el par de agujeros negros, para comparar con la observación. Así, los investigadores proponen el escenario más sencillo y probable que explica la detección. Es una observación indirecta, sí, pero es un poco parecido al dicho: camina como pato, grazna como pato, se parece a un pato, entonces es…

LIGO es financiado por la National Science Foundation (NSF) de Estados Unidos y operado por el MIT y la Universidad de California (CalTech), pero también están involucrados instituciones de Alemania, Reino Unido y Australia. En total, más de 1,000 científicos e ingenieros alrededor del mundo trabajan en el proyecto, uno de los más ambiciosos y sorprendentes de la historia de la ciencia.

Para todos, la confirmación de las ondas gravitacionales demuestra que tenemos una ventana más en la astronomía. De ahora en adelante seguirá un intenso trabajo para asociar estas detecciones con algún tipo de radiación en el espectro electromagnético. En otras palabras, ver si estas fusiones producen rayos X, ultravioleta, visible u ondas de radio.

La última merienda del monstruo

Uno de descubrimientos más interesantes de las últimas décadas es que prácticamente todas la galaxias tienen un agujero negro supermasivo en su centro.

Desde luego que a los agujeros negros no podemos verlos: la deformación del espacio-tiempo hace que incluso la luz sea tragada por estos monstruos supermasivos.

Comida fría para agujeros negros supermasivos

Los agujeros negros son objetos exóticos que en términos generales existen en dos tipos: los pequeños, con unas pocas veces la masa del Sol, y los supermasivos, con millones de veces la masa de nuestra estrella. Los segundos se encuentran en el centro de casi todas las galaxias y son, literalmente, monstruos devoradores de material galáctico interestelar.