La secuencia de vida de las estrellas, que termina con la formación de un agujero negro. Crédito de la imagen: Nicolle Rager Fuller / NSF Haga Click para agrandar
Solo unos cientos de millones de años después del Big Bang, una estrella masiva agotó su combustible, colapsó como un agujero negro y explotó como un estallido de rayos gamma. La radiación de este evento catastrófico solo ha llegado a la Tierra, y los astrónomos la están utilizando para mirar hacia los primeros momentos del Universo. La explosión, llamada GRB 050904, fue observada por el satélite Swift de la NASA el 4 de septiembre de 2005. Una cosa inusual acerca de esta explosión es que duró 500 segundos, la mayoría terminó en una fracción de ese tiempo.
Provenía del borde del universo visible, la explosión más distante jamás detectada.
En el número de Nature de esta semana, los científicos de la Universidad Penn State y sus colegas estadounidenses y europeos discuten cómo esta explosión, detectada el 4 de septiembre de 2005, fue el resultado de una estrella masiva que colapsó en un agujero negro.
La explosión, llamada explosión de rayos gamma, proviene de una era poco después de la formación de las estrellas y las galaxias, unos 500 millones a mil millones de años después del Big Bang. El universo tiene ahora 13.700 millones de años, por lo que la explosión de septiembre sirve como una sonda para estudiar las condiciones del universo primitivo.
"Esta fue una estrella masiva que vivió rápido y murió joven", dijo David Burrows, científico principal y profesor de astronomía y astrofísica en Penn State, coautor de uno de los tres informes sobre esta explosión publicados esta semana en Nature. "Esta estrella probablemente era bastante diferente del tipo que vemos hoy, el tipo que solo podría haber existido en el universo primitivo".
La explosión, llamada GRB 050904 después de la fecha en que fue detectada, fue detectada por el satélite Swift de la NASA, operado por Penn State. Swift proporcionó las coordenadas de la explosión para que otros satélites y telescopios terrestres pudieran observar la explosión. Las explosiones suelen durar solo 10 segundos, pero el resplandor persistirá durante unos días.
GRB 050904 se originó a 13 mil millones de años luz de la Tierra, lo que significa que ocurrió hace 13 mil millones de años, ya que la luz tardó tanto en llegar a nosotros. Los científicos han detectado solo unos pocos objetos a más de 12 mil millones de años luz de distancia, por lo que la explosión es extremadamente importante para comprender el universo más allá del alcance de los telescopios más grandes.
"Debido a que la explosión fue más brillante que mil millones de soles, muchos telescopios podrían estudiarlo incluso desde una distancia tan grande", dijo Burrows, cuyo análisis se centra principalmente en los datos de Swift de sus tres telescopios, que cubren una gama de rayos gamma, rayos X , y longitudes de onda ultravioleta / óptica, respectivamente. Burrows es el científico principal del telescopio de rayos X de Swift.
El equipo de Swift encontró varias características únicas en GRB 050904. El estallido fue de larga duración, unos 500 segundos, y el final de la explosión exhibió múltiples erupciones. Estas características implican que el agujero negro recién creado no se formó instantáneamente, como algunos científicos han pensado, sino que fue un evento más largo y caótico.
Los estallidos más cercanos de rayos gamma no tienen tanta dilatación, lo que implica que los primeros agujeros negros pueden haberse formado de manera diferente a los de la era moderna, dijo Burrows. La diferencia podría deberse a que las primeras estrellas fueron más masivas que las estrellas modernas. O bien, podría ser el resultado del entorno del universo primitivo cuando las primeras estrellas comenzaron a convertir hidrógeno y helio (creado en el Big Bang) en elementos más pesados.
GRB 050904, de hecho, muestra indicios de elementos más pesados recién acuñados, según datos de telescopios terrestres. Este descubrimiento es el tema de un segundo artículo de Nature de un grupo japonés dirigido por Nobuyuki Kawai en el Instituto de Tecnología de Tokio.
GRB 050904 también exhibió dilatación del tiempo, como resultado de la vasta expansión del universo durante los 13 mil millones de años que tardó la luz en alcanzarnos en la Tierra. Esta dilatación hace que la luz parezca mucho más roja que cuando se emitió en la explosión, y también altera nuestra percepción del tiempo en comparación con el reloj interno de la explosión.
Estos factores funcionaron a favor de los científicos. El equipo de Penn State convirtió los instrumentos de Swift en la explosión unos 2 minutos después de que comenzara el evento. Sin embargo, el estallido evolucionó como si fuera en cámara lenta y solo duró unos 23 segundos. Para que los científicos pudieran ver la explosión en una etapa muy temprana.
Solo se ha descubierto otro objeto, un cuásar, a una distancia mayor. Sin embargo, mientras que los cuásares son agujeros negros supermasivos que contienen la masa de miles de millones de estrellas, esta explosión proviene de una sola estrella. La detección de GRB 050904 confirma que las estrellas masivas se mezclaron con los quásares más antiguos. También confirma que incluso más explosiones de estrellas distantes, tal vez de las primeras estrellas, dicen los teóricos, pueden estudiarse mediante una combinación de observaciones con Swift y otros telescopios de clase mundial.
"Diseñamos Swift para buscar explosiones débiles provenientes del borde del universo", dijo Neil Gehrels del Centro de Vuelo Espacial Goddard de la NASA en Greenbelt, Maryland, el principal investigador de Swift. "Ahora tenemos uno y es fascinante. Por primera vez, podemos aprender sobre estrellas individuales desde cerca del comienzo de los tiempos. Seguramente hay muchos más por ahí ”.
Swift se lanzó en noviembre de 2004 y estaba en pleno funcionamiento en enero de 2005. Swift tiene tres instrumentos principales: el telescopio Burst Alert, el telescopio de rayos X y el telescopio ultravioleta / óptico. El detector de rayos gamma de Swift, el Telescopio de Alerta de Explosión, proporciona la ubicación inicial rápida, fue construido principalmente por el Centro de Vuelo Espacial Goddard de la NASA en Greenbelt y el Laboratorio Nacional de Los Alamos, y fue construido en GSFC. El telescopio de rayos X de Swift y el telescopio óptico / UV fueron desarrollados y construidos por equipos internacionales dirigidos por Penn State y se basaron en gran medida en la experiencia de cada institución con misiones espaciales anteriores. El telescopio de rayos X fue el resultado de la colaboración de Penn State con la Universidad de Leicester en Inglaterra y el Observatorio Astronómico Brera en Italia. El telescopio ultravioleta / óptico fue el resultado de la colaboración de Penn State con el Laboratorio de Ciencias Espaciales Mullard del University College-London. Estos tres telescopios le dan a Swift la capacidad de hacer observaciones de seguimiento casi inmediatas de la mayoría de los estallidos de rayos gamma porque Swift puede girar tan rápido para apuntar hacia la fuente de la señal de rayos gamma.
Fuente original: Comunicado de prensa de PSU
