Una galaxia antigua revela una forma asombrosa de aniquilar una estrella

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Los astrónomos, en su búsqueda por encontrar la fuente de una de las explosiones más brillantes y poderosas del universo, han descubierto una nueva y caótica forma en que las estrellas pueden morir.

El brillante destello de luz de rayos gamma fue detectado por primera vez por el Observatorio Neil Gehrels Swift de la NASA el 19 de octubre de 2019. El estallido duró poco más de un minuto, considerado largo, ya que cualquier estallido de rayos gamma, o GRB, dura más de dos segundos. .

La mayoría de los GRB se remontan al colapso de estrellas de al menos 10 veces la masa de nuestro Sol o a fusiones entre estrellas de neutrones, los restos densos que quedan cuando las estrellas masivas explotan.

Pero el estallido de octubre de 2019, llamado GRB 191019A, provino de una fuente diferente y reveló un tipo de muerte estelar que se había planteado como hipótesis pero no se había observado.

Los astrónomos creen que la explosión ocurrió cuando las estrellas, o quizás los restos de las estrellas, chocaron en un entorno abarrotado cerca del agujero negro supermasivo en el centro de una galaxia antigua. Un estudio detallado de los resultados fue publicado el jueves en la revista astronomía natural.

«Por cada cien eventos que encajan en el esquema de clasificación tradicional de los estallidos de rayos gamma, hay al menos una bola extraña que nos lanza en un bucle», dijo el coautor del estudio Wen Fei-fung, profesor asistente de física y astronomía en la Universidad del Noroeste en Weinberg. Facultad de Artes y Ciencias, en un comunicado. «Sin embargo, son estas extrañas bolas las que más nos dicen sobre la asombrosa variedad de explosiones que el universo es capaz de hacer».

Con el tiempo, los astrónomos han notado lo que clasifican como tres formas principales en que las estrellas pueden morir, según su masa. Las estrellas de menor masa como nuestro Sol se despojan de sus capas exteriores a medida que envejecen y eventualmente se convierten en estrellas enanas blancas muertas.

Las estrellas masivas queman los elementos similares al combustible en sus núcleos y se rompen en explosiones llamadas supernovas. Estas explosiones violentas y destructivas pueden dejar restos densos como estrellas de neutrones o conducir a la formación de agujeros negros.

Una tercera forma de muerte estelar se produce cuando las estrellas de neutrones o los agujeros negros comienzan a orbitar entre sí en un sistema binario y se acercan en espiral hasta que chocan y explotan. Pero es posible que los astrónomos deban agregar un cuarto escenario a la lista.

«Nuestros resultados muestran que las estrellas pueden atrapar su desaparición en algunas de las regiones más densas del universo, donde pueden ser empujadas a colisionar», dijo en un comunicado el autor principal del estudio, Andrew Levan, profesor de astrofísica en la Universidad Radboud Nijmegen, Países Bajos. . . «Esto es emocionante para comprender cómo mueren las estrellas y para responder otras preguntas, como las fuentes inesperadas que podrían crear las ondas gravitacionales que podemos detectar en la Tierra».

Las ondas gravitacionales, u ondas en el espacio-tiempo predichas por primera vez por Albert Einstein y detectadas inicialmente en 2016, pueden ocurrir cuando chocan estrellas de neutrones o agujeros negros.

En su búsqueda del origen del estallido de rayos gamma, los astrónomos utilizaron el Telescopio Gemini Sur ubicado en Chile para observar el resplandor de la explosión cósmica. Sus observaciones indicaron una ubicación a menos de 100 años luz del núcleo de una galaxia antigua.

Pero faltaban señales de una supernova.

«La ausencia de una supernova que acompañe a GRB 191019A largo nos dice que esta explosión no es un colapso estelar masivo típico», dijo en un comunicado la coautora del estudio Jillian Rastenjad, estudiante de doctorado en astronomía en Northwestern. «La ubicación de GRB 191019A, incrustada en el núcleo de su galaxia anfitriona, plantea una teoría predicha pero aún no probada sobre cómo se forman las fuentes de emisión de ondas gravitacionales».

Las galaxias antiguas, que pueden tener miles de millones de años, no son centros de formación estelar activa. Pero estas galaxias más antiguas están llenas de estrellas y restos como enanas blancas, agujeros negros y estrellas de neutrones. En comparación con las galaxias más jóvenes y típicas, las galaxias más antiguas pueden tener hasta un millón de estrellas o más densamente agrupadas en sus núcleos.

Los astrónomos pensaron que era probable que ocurrieran colisiones estelares en estas regiones densas, especialmente cerca de la fuerte atracción gravitacional de un agujero negro supermasivo en el centro de la galaxia. Los investigadores lo comparan con un derby de demolición, en el que la influencia gravitacional de un agujero negro puede hacer que las estrellas se acerquen en diferentes direcciones y finalmente colisionen en explosiones catastróficas.

Pero no tenían evidencia de ningún estallido largo de rayos gamma que se originara en galaxias antiguas, hasta ahora.

Si los ambientes caóticos en el centro de las galaxias antiguas pueden conducir a colisiones estelares que liberan rayos gamma potentes y brillantes, ¿por qué los astrónomos no los han visto antes?

Los investigadores creen que los centros de galaxias tan antiguas están envueltos en grandes cantidades de gas y polvo, lo que puede oscurecer el estallido de rayos gamma. Esto significa que el evento de 2019 fue una excepción.

«Aunque este evento es el primero de este tipo que se detecta, es posible que haya más ocultos por las grandes cantidades de polvo cerca de sus galaxias», dijo Fong, quien también es miembro del Centro de Exploración Interdisciplinaria. e investigación en astrofísica en Northwestern. «De hecho, si este evento de largo plazo resulta de la fusión de organismos compactos, contribuye a un aumento en el número de GRB que desafían nuestras clasificaciones convencionales».