Astronomía de Rayos Gamma: El bueno, el feo y el malo

Estallidos de rayos gamma

La actual edad de oro de la astronomía de rayos gamma está creando más preguntas que respuestas.

Los estallidos de rayos gamma han proporcionado una fuente constante de entusiasmo desde que se descubrieron en la década de 1960 por parte de los satélites militares que buscaban pruebas de test secretos de armas nucleares.

Cuando iluminan el cielo, los estallidos de rayos gamma son los objetos más brillantes del universo. Emiten tanta luz que los astrónomos creen que deben estar colimados de alguna forma, de otra forma la emisión total no podría surgir de los fenómenos astrofísicos actualmente conocidos. De esta forma, liberan en pocos segundos, la energía equivalente al resto de la masa del Sol.

Esto los hace algo más que un interés pasajero de la humanidad. Los estallidos de rayos gamma en la Vía Láctea pueden haber disparado extinciones masivas en la Tierra en el pasado y por tanto podrían amenazarnos en el futuro.

No obstante, nunca se ha observado un estallido de rayo gamma en la Vía Láctea. De hecho, normalmente los los objetos astronómicos más lejanos, y por tanto más antiguos, que podemos ver. La semana pasada los astrónomos dijeron haber observado un estallido de rayos gamma que tuvo lugar apenas 630 millones de años tras el Big Bang.

Toda esta información y mucha más es el resultado de dos revoluciones que han tenido lugar en la astronomía de rayos gamma. Primero fue el lanzamiento de los telescopios espaciales de rayos gamma Swift y Fermi en 2004 y 2008 respectivamente. Segundo es un proyecto de coordinación global que alerta a la comunidad de los estallidos de rayos gamma de tal forma que puedan observarse sus resplandores en otras frecuencias.

Como resultado los astrónomos han pasado de carecer de datos sobre los estallidos de rayos gamma a de pronto verse abrumados por ellos. Y dado que la cantidad de datos poco comprendidos crece día a día, lentamente empieza a quedar claro que los estallidos de rayos gamma son mucho más complejos y misteriosos de lo que nadie imaginó.

Hoy, Maxim Lyutikov de la Universidad de Purdue en Indiana, esboza los misterios que están desconcertando a los astrónomos y que conforman una fascinante lectura. Parece haber dos tipos de estallidos de rayos gamma: los largos que duran segundos y los cortos que son destellos que se apagan en menos de un segundo. Cómo tienen lugar estos distintos tipos aún no se sabe. Y no apuestes en contra de que se vayan a encontrar pronto distintos tipos de estallidos.

Estos estallidos tienen un resplandor en rayos-X que a veces decae rápidamente y en otros casos se mantiene durante decenas de miles de segundos. Algunos estallidos más tarde vuelven a surgir y otros se cortan momentáneamente, como la detonación del tubo de escape de un Ford Modelo T.

Cada una de estas observaciones requiere una explicación distinta y los teóricos lo están pasando mal. El consenso es que los estallidos de rayos gamma se crean en algún tipo de colapso gravitatorio en el cual la energía gravitatorioa se convierte en energía cinética y luego en luz. Por tanto las supernovas normalmente se acuerda que son uno de los tipos de fuente. De dónde proceden el resto, nadie lo sabe.

Entonces está la cuestión de cómo ocurre tal colapso. Un colapso gravitatorio implica la existencia de una onda de choque pero la estructura de la onda y cómo interactúa con cualquier cosa que haya en su camino, apenas se comprende.

Incluso el mecanismo físico por el cual se forman los rayos gamma está en entredicho. Una posibilidad es por la emisión de sincrotrón, partículas cargadas aceleradas en un campo magnético. De dónde procede este campo magnético y cómo interactúa con una onda de choque, no se sabe. Otra opción es la emisión inversa de Compton en la cual electrones de alta energía aumentan la enería de fotones a mayores frecuencias. Haz tu elección.

La esperanza es que estos mecanismos puedan unirse de alguna forma en la que expliquen la estructura de los datos que ven los astrónomos: las llamaradas, los brillos y la variación de escalas temporales en las que suceden.

Pero el temor sobre el que advierte Lyutikov es que estos procesos sean tan complejos que queden para siempre más allá de la comprensión mortal.

Esto es excesivamente pesimista. Los avances en muchas áreas de la astrofísica están limitados por la carencia de datos. La astronomía de rayos gamma es una excepción, al menos por el momento. No se niega la complejidad que representan estos datos. Pero lo que este estado de la situación representa es una oportunidad dorada para una nueva generación de astrofísicos: un apasionante problema que pide solución.


Artículo de referencia: arxiv.org/abs/0911.0349: Gamma Ray Bursts: Back to the Blackboard

Fecha Original: 4 de noviembre de 2009
Enlace Original

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Comments (7)

  1. Jurl

    Pero bueno, qué escándalo, habiendo tal cantidad de cosas en el bestiario cósmico ¿no le han encontrado ningún nicho a los GRB? xD. Tengo que pensar que son algo tan “real” que no admite encasillamientos de orden imaginativo… xD

  2. El universo de las partículas es fascinante. Cuando las partículas primarias chocan con átomos y moléculas en el aire, aplastan sus núcleos y producen toda clase de partículas secundarias. En esta radiación secundaria (aún muy energética) la que detectamos cerca de la Tierra, por los globos enviados a la atmósfera superior, han registrado la radiación primaria.

    El físico estadounidense Robert Andrews Millikan, que recogió una gran cantidad de información acerca de esta radiación (y que le dio el nombre de rayos cósmicos), decidió que debería haber una clase de radiación electromagnética. Su poder de penetración era tal que, parte del mismo, atravesaba muchos centímetros de plomo. Para Millikan, esto sugería que la radiación se parecía a la de los penetrantes rayos gamma, pero con una longitud de onda más corta.

    Otros, sobre todo el físico norteamericano Holly Compton, no estaban de acuerdo en que los rayos cósmicos fuesen partículas. Había un medio para investigar este asunto; si se trataba de partículas cargadas, deberían ser rechazadas por el campo magnético de la Tierra al aproximarse a nuestro planeta desde el espacio exterior. Compton estudió las mediciones de la radiación cósmica en varias latitudes y descubrió que en realidad se curvaban con el campo magnético: era más débil cera del ecuador magnético y más fuerte cerca de los polos, donde las líneas de fuerza magnética se hundían más en la Tierra.

    Las partículas cósmicas primarias, cuando entran en nuestra atmósfera, llevan consigo unas energías fantásticas, muy elevadas. En general, cuanto más pesado es el núcleo, más raro resulta entre las partículas cósmicas. Núcleos tan complejos como los que forman los átomos de hierro se detectaron con rapidez; en 1.968, otros núcleos como el del uranio. Los núcleos de uranio constituyen sólo una partícula entre 10 millones. También se incluirán aquí electrones de muy elevada energía.

    Ahora bien, la siguiente partícula inédita (después del neutrón) se descubrió en los rayos cósmicos. A decir verdad, cierto físico teórico había predicho ya este descubrimiento. Paul Adrien Dirac había aducido, fundándose en un análisis matemático de las propiedades inherentes a las partículas subatómicas, que cada partícula debería tener su antipartícula (los científicos desean no sólo que la naturaleza sea simple, sino también simétrica). Así pues, debería haber un antielectrón, salvo por su carga que sería positiva y no negativa, idéntico al electrón; y un antiprotón, con carga negativa en vez de positiva.

    En 1.930, cuando Dirac expuso su teoría, no llamó demasiado la atención en el mundo de la ciencia. Pero, fiel a la cita, dos años después apareció el antielectrón. Por entonces, el físico americano Carl David Anderson trabajaba con Millikan en un intento por averiguar si los rayos cósmicos eran radiación electromagnética o partículas. Por aquellas fechas, casi todo el mundo estaba dispuesto a aceptar las pruebas presentadas por Compton, según las cuales, se trataría de partículas cargadas; pero Millikan no acababa de darse por satisfecho con tal solución.

    Anderson se propuso averiguar si los rayos cósmicos que penetraban en una cámara de ionización se curvaban bajo la acción de un potente campo magnético. Al objeto de frenar dichos rayos lo suficiente como para detectar la curvatura, si la había, puso en la cámara una barrera de plomo de 6’35 mm de espesor. Descubrió que, cuando cruzaba el plomo, la radiación cósmica trazaba una estela curva a través de la cámara; y descubrió algo más. A su paso por el plomo, los rayos cósmicos energéticos arrancaban partículas de los átomos de plomo. Una de esas partículas dejó una estela similar a la del electrón. ¡Allí estaba, pues, el antielectrón de Dirac! Anderson le dio el nombre de positrón. Tenemos aquí un ejemplo de radiación secundaria producida por rayos cósmicos. Pero aún había más, pues en 1.963 se descubrió que los positrones figuraban también entre las radiaciones primarias.

    Abandonado a sus propios medios, el positrón es tan estable como el electrón (¿y por qué no habría de serlo si el idéntico al electrón, excepto en su carga eléctrica?). Además, su existencia puede ser indefinida. Ahora bien, en realidad no queda abandonado nunca a sus propios medios, ya que se mueve en un universo repleto de electrones. Apenas inicia su veloz carrera (cuya duración ronda la millonésima de segundo), se encuentra ya con uno.

    Así, durante un momento relampagueante quedaron asociados el electrón y el positrón; ambas partículas girarán en torno a un centro de fuerza común. En 1.945, el físico americano Arthur Edwed Ruark sugirió que se diera el nombre de positronio a este sistema de dos partículas, y en 1.951, el físico americano de origen austriaco Martin Deutsch consiguió detectarlo guiándose por los rayos gamma característicos del conjunto.

    Pero no nos confundamos, aunque se forme un sistema positronio, su existencia durará, como máximo, una diezmillonésima de segundo. El encuentro del electrón-positrón provoca un aniquilamiento mutuo; sólo queda energía en forma de radiación gamma. Ocurre pues, tal como había sugerido Einstein: la materia puede convertirse en energía y viceversa. Por cierto, que Anderson consiguió detectar muy pronto el fenómeno inverso: desaparición súbita de rayos gamma para dar origen a una pareja electrón-positrón. Este fenómeno se llama producción en pareja. Anderson compartió con Hess el premio Nobel de Física de 1.936.

    De todas las maneras, el origen de los rayos cósmicos son aún de dudosa procedencia, aunque eso sí, tiene varios lugares o candidatos en los que podrían estar presentes, y, seguramente en todos ellos.

  3. Está claro que una de mis pasiones, está en el Universo, en esa inmensa burbuja están todos los secretos que nosotros, humildes humanos, tratamos de desvelar a través de la Física y las matemáticas, acompañadas por la Astronomía, la Astrofísica, la Química y la Biología (entre otras), y, desde luego, todo lo que sea captar, aunque sólo sea un dato más, sobre algo que nos llama la atención y despierta nuestra curiosidad, bienvenido sea,

    Aquí, en esta amena página, gente como yo, encuentra acomodo y se siente cómoda al leer noticias de ciencia, cosas que pasan por el mundo y que nos cuentan y hablan de descubrimientos y fenómenos extraños que ocurren ahí “arriba” en lo que llamamos Cosmos, o, también, aquí abajo en lo que denominamos planeta Tierra, donde como hormigas laboriosas, mucha gente trabaja por desvelar los secretos más escondidos de la Naturaleza.

    En cuanto al trabajo de hoy, dedicado a los rayos Gamma, es mucho lo que he leido y poco lo que en realidad se. He buscado por ahí y, de lo que tengo en mi fichero, donde guardo todo aquello que me llama la atención, os dejo lo siguiente:

    “Un estallido visible de rayos gama apuntado directamente hacia la Tierra
    Los datos de satélites y observatorios alrededor del mundo muestran que un chorro de una poderosa explosión estelar presenciada el 19 de marzo estaba apuntado casi directamente hacia la Tierra

    El satélite Swift de la NASA detectó la explosión -oficialmente denominada GRB 080319B- a las 2:13 a.m. EDT esa mañana y localizó con toda precisión su posición en la constelación Bootes. El evento, llamado estallido de rayos gamma, fue lo bastante brillante para que fuera visto por ojos humanos. Las observaciones del evento están dando a los astrónomos la más detallada imagen de un estallido jamás registrado.

    “Swift fue diseñado para encontrar estallidos anormales”, dijo Neil Gehrels, principal investigador Swift en el Centro de Vuelos Espaciales Goddard de la NASA en Greenbelt, Maryland. “Realmente dimos en el blanco”.

    En un trabajo que aparece en la edición del jueves de Nature, Judith Racusin de la Penn State University y un equipo de 92 coautores, informan sobre las observaciones a través del espectro que empezó 30 minutos antes de la explosión y que siguió su brillo posterior durante meses. El equipo llega a la conclusión de que la extraordinaria luminosidad del estallido surgió de un chorro que lanzó material directamente hacia la Tierra a un 99,99995% la velocidad de la luz.

    En el mismo momento que Swift vio el estallido, el instrumento ruso KONUS en el satélite Wind de la NASA también detectó los rayos gamma y proveyó una amplia vista de su estructura espectral. Una cámara óptica robótica de campo amplio llamada “Pi on the Sky” en Chile captó simultáneamente la primera luz visible del estallido. El sistema es operado por instituciones de Polonia.

    En los siguientes 15 segundos, el estallido adquirió un brillo suficiente para ser visible en un cielo oscuro a los ojos humanos. Subió brevemente hasta una magnitud de 5,3 en la escala astronómica de luminosidad. Increíblemente, la estrella moribunda estaba a una distancia de 7.500 millones de años-luz.

    Los telescopios alrededor del mundo ya estaban estudiando el brillo residual de otro estallido cuando GRB 080319B explotó a sólo 10 grados de distancia. TORTORA, una cámara óptica robótica de campo amplio operada en Chile con colaboración ruso-italiana, también captó la primera luz. TORTORA captó imágenes rápidamente y proveyó una visión aun más detallada de la luz visible inicial relacionada con un estallido de rayos gamma.

    Inmediatamente después de la explosión, los telescopios ultravioleta, óptico, y de rayos-X de Swift indicaron que fueron efectivamente cegados. Racusin pensó inicialmente que algo estaba mal. En unos minutos, sin embargo, a medida que llegaban los informes de los otros observadores, estuvo claro que éste era un evento especial.

    Los estallidos de rayos gamma son las explosiones más luminosas del universo. La mayor parte ocurre cuando las estrellas masivas se quedan sin combustible nuclear. Cuando el núcleo de una estrella colapsa, crea un agujero negro o una estrella de neutrón que, a través de unos procesos no comprendidos completamente, lanza poderosos chorros de gas hacia afuera. Estos chorros atraviesan la estrella que colapsa. A medida que los chorros se disparan hacia el espacio, cruzan el gas liberado previamente por la estrella y lo calientan. Así se genera el resplandor remanente.

    El equipo cree que el chorro dirigido hacia la Tierra contenía un componente ultra rápido de apenas 0,4 grados de ancho. Este centro estaba contenido en un chorro con menor energía, y aproximadamente 20 veces más ancho.

    “Generalmente, Swift ve este chorro amplio de los otros estallidos”, explicó Racusin. “Tal vez cada estallido de rayos gamma contiene un chorro angosto también, pero los astrónomos no los hemos visto, porque no los vemos de frente”.

    Tal alineación ocurre por casualidad sólo una vez en una década, de modo que un GRB 080319B es un raro caso.”

    Como pude leer en la tumba de Hilbert en Alemania. En su lápida decía:

    “Debemos saber” Sabremos.

    • Fer xyz

      “El equipo cree que el chorro dirigido hacia la Tierra contenía un componente ultra rápido de apenas 0,4 grados de ancho.”

      Eso fue la hipotesis primera para explicar semejante explosion (un brillo de 10 millones de galaxias). Posteriormente se vio que el ‘afterglow’ siguió brillando mas que su propia galaxia durante semanas, y es dificil explicar ese lapso de tiempo con un chorro ultrafino apuntado a la Tierra desde una distancia de la mitad del Universo observable.

  4. Fer xyz

    Una mascletá cósmica el dia de las fallas (19 de Marzo). Junto al espectacular y multi-records GRB 080319B se vieron otros tres grb’s en menos de 24 horas, tambien un record de observaciones (lo habitual ronda uno por semana).

  5. [...] NASA. Y si quieres sumergirte por completo en la teoría, desde Meteored dan cátedra.Astronomía de Rayos Gamma: Mucho hemos hablando de rayos gamma en NeoTeo, ¿pero qué son exactamente? [...]

  6. Muy interesante, aunque he tenido que leerlo dos veces para entendelro, jejej

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