Mostrando entradas con la etiqueta GRB. Mostrar todas las entradas
Mostrando entradas con la etiqueta GRB. Mostrar todas las entradas

24/06/2023

El GOAT y el BOAT

Greatest of All Time. Brightest of All Time.


BOAT: Brightest of All Time, la más brillante de todos los tiempos. Así han empezado a llamar a la explosión de rayos gamma (gamma ray burst, en castellano a veces traducen burst por "brote", lo cual me parece un error semántico) que bañó la Tierra el 9 de octubre del 2022, y que comentamos acá. Ya en aquella ocasión mencionamos que había sido extraordinario, y que la radiación había sacudido ¡la atmósfera! de la Tierra como si fuera una campana. En los meses que siguieron las mediciones del GRB 221009A siguieron sorprendiendo, ya que fue visible durante meses.

La siguiente imagen muestra el BOAT en el contexto de otros GRBs. No sólo fue fuertísimo (el eje vertical), sino larguísimo (el eje horizontal):

Hay dos tipos de GRBs: cortos (dos segundos o menos) y largos (varios minutos). Los cortos probablemente son el resultado de fusiones de estrellas de neutrones, como las que se han observado en ondas gravitacionales en el LIGO. Los largos, en cambio, son producidos por explosiones tipo supernova de estrellas muy masivas, en las cuales se forma un agujero negro y un par de chorros polares se llevan muchísima energía casi a la velocidad de la luz. Esos chorros impactan contra la materia de la estrella, que se recalienta y brilla. Esta radiación secundaria dura típicamente algunas horas o días, o meses como en este caso. Cuando uno de los chorros apunta hacia nosotros, vemos un GRB. A 2400 millones de años luz de distancia, ¡hay que tener puntería!

La energía que tienen estos jets es asombrosa. Si ocurriera un GRB a 100 años luz de la Tierra, directamente evaporaría nuestro planeta entero. A distancias mayores (pero infinitesimales comparadas con la distancia a las que normalmente los vemos brillar), esterilizarían la mitad del planeta del lado que recibiera el impacto del jet. 

Esta linda foto del telescopio Hubble muestra el Bote en la galaxia donde ocurrió (marcados con un circulito), en medio de un montón de estrellas de nuestra propia galaxia:

La mayoría de las imágenes del GRB 221009A que verán por ahí (como las que mostré el año pasado) muestran una serie de anillos concéntricos. Esto requiere cierta explicación. El GRB propiamente dicho es el punto central. Los anillos son luz de la explosión que tenía inicialmente trayectorias ligeramente distintas, y que le hubieran errado a la Tierra por poquito. Pero como la explosión ocurrió en un lugar del cielo tan densamente lleno de materia de la Vía Láctea (si bien muchísimo más lejos), algunos de esos rayos de luz se reflejaron en el polvo interestelar, y acabó llegando a nuestros telescopios. A medida que pasaron las horas, mientras el punto central brillaba y brillaba para luego apagarse lentamente, esos reflejos fueron cambiando; porque, como si fuesen ecos, nos fueron llegando desde distintas nubes de polvo. ¿Capisci?

Con ingenio, se pueden usar estos anillos para reconstruir algo que de otra manera es imposible de ver: la estructura tridimensional del polvo galáctico (al menos en esa dirección). El resultado es un gráfico, no una figura pomposa, pero es muy notable lo que representa:

Notar dos cosas: los dos ejes son logarítmicos. Las densidades que se muestan verticalmente cambian en un factor 1000 a distintas distancias. Las distancias, por su parte, también están en logaritmo, y en parsecs. El extremo izquierdo es 326 años luz, el medio 3200 años luz, el 10 a la uno son 32000 años luz, y el extremo de los datos está como a los 80000 años luz. Más allá la Vía Láctea se acaba, y se acaba el polvo.

Es posible que nunca más en miles de años volvamos a ver algo semejante, así que los astrónomos le están sacando el jugo, y el BOAT está en las noticias científicas desde hace meses.

¡Ah! Feliz cumpleaños, campeón.

 


El paper que mapea la Vía Láctea usando el Boat es: Williams et al., GRB 221009A: Discovery of an exceptionally rare nearby and energetic gamma-ray burst, Astrophys. J. Lett. 946:L24 (2023). De allí tomé las últimas dos imágenes, y la de los anillos que usé para la composición BOAT del principio. 

Otro paper interesante es el que deduce propiedades estructurales del jet a partir de las observaciones y modelos astrofísicos, y que puede explicar (parece) por qué fue tan brillante. Traté, pero no logré rescatar algo contable de manera sencilla. El paper es: O'Connor et al., A structured jet explains the extreme GRB 221009A, Sci. Adv. 9, eadi1405 (2023). Leanlón.

19/11/2022

Dracarys

¿Se imaginan estar parado frente a la boca abierta de un dragón, y ver un fulgor rojo en la profundidad de sus fauces, seguido del aliento abrasador? Bueno, algo así ocurrió el día 9 de octubre de 2022, a las 13:16:59 UT. El telescopio espacial Swift (gamma/X/UV) detectó un brote de rayos gamma (gamma-ray burst, GRB) viniendo de la constelación de la Flecha. El GRB 221009A, de 10 horas de duración, fue inusualmente largo y uno de los más poderosos jamás registrados. 


Este videíto hecho por el telescopio espacial Fermi muestra cómo el brillo de la explosión supera con exceso el de la Vía Láctea, cuya franja vemos en diagonal.

Estas explosiones de rayos gamma son todavía un poco misteriosas, en particular porque son raras, breves y lejanísimas, así que son difíciles de estudiar en detalle. El nombre de Swift ("veloz") se debe a que rápidamente avisa a todos los observatorios del mundo y alrededores para que le apunten. En este caso el resplandor posterior, en todas las longitudes de onda, fue tan brillante que fue fotografiado hasta por aficionados con telescopios de 60 cm, a pesar de haberse originado a 2400 millones de años luz de nosotros. El brote de rayos gamma disparó un brote de actividad astronómica, al que se sumó el gran Observatorio Gemini (en el cual participa la Argentina):

Ahí vemos el GRB, en medio de las estrellas de Sagitta. En el espectro visible no parece gran cosa. Pero entre los sorprendentes datos reportados sobre este inusual evento transitorio encontré que el experimento LHAASO observó miles de fotones de energía extremadamente alta, alrededor de 18 TeV (y el Baksan Neutrino Observatory reporta un fotón de 251 TeV). ¿Cuánto es 18 tera electrón volts? Es 18 veces la energía cinética de un mosquito volando. No parece mucho, pero ojo que está ¡toda concentrada en una sola partícula subatómica! Un fotón de luz visible, de los que nos llegan del Sol, tiene 2 eV, que es 10 000 000 000 000 veces menos. Por supuesto, aparecieron inmediatamente preprints en el arXiv (se dice árcaiv) sugiriendo que estos fotones indicaban la existencia de partículas exóticas tipo axiones (¿materia oscura?), o incluso física anómala como la violación de la invariancia de Lorentz en la producción de pares electrón-positrón. Y también los que dicen que la física está bien como está, que se dejen de embromar. 

En todo caso, el chorro de energía que bañó la Tierra desde la profundidad del universo fue tan fuerte que la atmósfera entera del planeta se sacudió, como muestra esta imagen del sistema indio de monitoreo de rayos (rayos comunes, de tormenta):

La constelación de Sagitta está bien en medio del plano de la Vía Láctea, así que en el tramo final de su viaje hacia nosotros ese chorro de fotones tuvo oportunidad de interactuar con abundante material interestelar. Una imagen del observatorio Swift muestra en rayos X esta linda estructura:

En el centro está la fuente del GRB, y alrededor vemos anillos concéntricos, que son rayos X reflejados en el polvo interplanetario de nuestra Vía Láctea, rayos que de otro modo le habrían errado a la Tierra. Algo parecido al halo que vemos alrededor del Sol los días que hay nubes altas muy finitas. 

¿Qué produce estos GRBs? Como dije, no se sabe mucho, porque son raros, efímeros y lejanísimos. El modelo físico que explicaría los GRB muy largos, como éste, dice que se deben a una explosión de supernova muy intensa, muy brillante, en la cual fuertes campos magnéticos enfocan la energía de la explosión en dos chorros polares, y que vemos el GRB cuando uno de estos chorros apunta hacia la Tierra. Algo parecido a los chorros de los quasars, que hemos comentado más de una vez, pero debidos a una explosión y no a la radiación continua que surge de la proximidad de un agujero negro supermasivo. Pero aún así se requiere una explosión muy fuerte, no una supernova usual, sino una hipernova, o supernova de aniquilación de pares, o la formación de una magnetar. Algo que sólo pueden producir las estrellas más pesadas del universo, como las raras variables luminosas azules de las que hablamos recientemente. El espectro detectado en el resplandor visible corresponde al de una supernova tipo Ic (uno-ce) con bandas anchas, correspondiente a una estrella muy masiva que ha expulsado totalmente su hidrógeno y también su helio externos. Se calcula que un GRB que ocurriese dentro de la Vía Láctea produciría en la Tierra una extinción masiva, peor que la de los dinosaurios. 

Menos mal que el eje de rotación de Eta Carinae no apunta hacia la Tierra. Si no, dracarys.



Las imágenes son de NASA/DOE/Fermi LAT Collaboration (la imagen mide unos 20 grados de ancho), de la Indian Lighning Detection Network, de NASA/Swift (la imagen mide 23 minutos de ancho), y del International Gemini Observatory/NOIRLab/NSF/AURA/B O'Connor, J Rastinejad & W Fong/TA Rector, J Miller, M Zamani & D de Martin (la imagen mide 2.7 minutos de alto, y el norte está hacia la derecha). La escena de House of the Dragon es de HBO/Warner Bros. Television.

El sistema de procesamiento de imágenes de Gemini se llama, coincidentemente, DRAGONS (Data Reduction for Astronomy from Gemini Observatory North and South).