Explosión de rayos gamma oscuros GRB020819. Crédito de la imagen: Keck. Click para agrandar.
Prácticamente todo lo que sabemos sobre el Universo nos llega a través de la agencia de la luz. A diferencia de la materia, la luz es especialmente adecuada para recorrer las vastas distancias a través del espacio hasta nuestros instrumentos. Sin embargo, la mayoría de los fenómenos astronómicos son persistentes y repetibles: podemos confiar en ellos para "pasar el rato" para la observación a largo plazo o "regresar" de forma regular. Pero esto no es así para las explosiones de rayos gamma (GRB), esos misteriosos eventos cosmológicos que sobrealimentan fotones (y partículas subatómicas) con niveles de energía absurdamente altos.
El primer GRB celestial detectado ocurrió durante el monitoreo de un tratado de armas nucleares en 1967. Ese evento requirió años de análisis antes de que se confirmara su origen extraterrestre. Después de este descubrimiento, se pusieron en práctica métodos de triangulación primitivos utilizando detectores ubicados en varias sondas espaciales dentro de la Red Interplanetaria (IPN). Dichos métodos requirieron una gran cantidad de cálculos numéricos e hicieron imposible el seguimiento instantáneo utilizando instrumentos basados en la Tierra. A pesar de los retrasos involucrados, se catalogaron cientos de fuentes de rayos gamma. Hoy, incluso utilizando Internet, aún requeriría varios días para responder utilizando un enfoque de detección de tipo IPN.
Todo esto comenzó a cambiar en 1991 cuando la NASA puso el Observatorio de Rayos Gamma Compton (CGRO) en el espacio utilizando el transbordador espacial Atlantis como parte de su programa "Grandes Observatorios". Dentro de los cuatro meses de escanear el cielo, CGRO dejó en claro a los astrónomos que el Universo se sometió a paroxismos esporádicos y ampliamente distribuidos de rayos gamma casi a diario, paroxismos causados por eventos cataclísmicos que arrojan grandes cantidades de rayos gamma y otras radiaciones de alta energía a través del abismo del espacio-tiempo.
Pero CGRO tenía una limitación principal: aunque podía detectar rayos gamma y alertar a los astrónomos rápidamente, no era particularmente preciso en cuanto a dónde ocurrían tales eventos en el espacio. Debido a este gran "círculo de error", los astrónomos no pudieron localizar la luz visible "resplandor" de tales eventos. A pesar de esta limitación, CGRO detectó cientos de fuentes de rayos gamma continuas, periódicas y episódicas, ¡incluidas supernovas, púlsares, agujeros negros, cuásares e incluso la propia Tierra! Mientras tanto, CGRO también descubrió algo insospechado: ciertos púlsares actuaban como transmisores de rayos gamma de banda estrecha sin acompañar a la luz visible, y allí radicaba el primer sentido de los GRB "oscuros" del astrónomo.
Hoy sabemos que los "púlsares oscuros" no son las únicas fuentes "oscuras" de rayos gamma en el Universo. Los astrónomos han determinado que una pequeña porción de GRB episódicos (solo una vez) también tienen poca luz visible, y ellos, como cualquier persona cosquilleada por lo inusual e inexplicable, quieren saber por qué. De hecho, los GRB son tan únicos que a menudo se escucha a los aficionados decir "Cuando has visto un GRB, has visto uno".
El primer satélite en simplificar la detección óptica de resplandores luminosos GRB fue BeppoSAX. Desarrollado por la Agencia Espacial Italiana a mediados de la década de 1990, BeppoSAX se lanzó el 30 de abril de 1996 desde Cabo Cañaveral y continuó detectando y localizando fuentes de emisión de rayos X hasta 2002. El círculo de error de BeppoSax era lo suficientemente pequeño como para permitir a los astrónomos ópticos rastrear rápidamente muchos GRB resplandores posteriores para el estudio detallado en luz visible utilizando instrumentos basados en la tierra.
BeppoSAX volvió a entrar en la atmósfera de la Tierra el 29 de abril de 2003, pero para esta fecha el reemplazo de la NASA (HETE-2, el High Energy Transient Explorer-2) ya llevaba varios años en la estación en órbita terrestre baja. El instrumento en HETE-2 (su primera encarnación HETE no pudo separarse de la tercera etapa de su cohete Pegasus en 1996) amplió el rango de detección de rayos X y proporcionó círculos de error aún más estrechos, justo lo que los astrónomos necesitaban para mejorar su tiempo de respuesta en localización de resplandores luminosos de GRB.
Dos años y unos meses más tarde (lunes 19 de agosto de 2002) HETE-2 activó las campanas y los silbidos cuando se detectó una fuerte fuente de rayos gamma en algún lugar cerca de la cabeza de la constelación Piscis the Fishes. Ese evento (designado GRB 020819) provocó que una serie de observatorios astronómicos comenzaran a capturar fotones de radiofrecuencia, infrarrojo cercano y luz visible en un esfuerzo por determinar exactamente dónde ocurrió el evento y ayudar a dar sentido al fenómeno que lo impulsa.
Según el documento "The Radio Afterglow and Host Galaxy of the Dark GRB 020819" publicado el 2 de mayo de 2005 por un equipo internacional de investigadores (incluido Pall Jakobsson del Instituto Niels Bohr, Copenhague, Dinamarca, que realizó la prueba de este artículo), dentro de las 4 horas de La detección del telescopio del Observatorio Siding Spring (SSO) de 1 metro en Australia se convirtió en una región del espacio de menos de 1/7 del diámetro aparente de la Luna. 13 horas después, un segundo instrumento un poco más grande: la unidad P60 de 1,5 metros en el monte. Palomar - también se unió a la persecución. Ninguno de los instrumentos, a pesar de capturar una luz tan débil como la magnitud 22, captó algo inusual en esa región del espacio. Sin embargo, una gran y extremadamente fotogénica galaxia espiral barrada frontal de magnitud 19.5 cayó muy bien al alcance de sus instrumentos.
Quince días después, el instrumento Keck ESI de 10 metros en Mauna Kea, Hawai fotografió la misma región con luz azul y roja hasta una magnitud de 26,9. A esta profundidad óptica, se podía ver una "gota" distinta de magnitud 24 (sospechosa de ser una región de formación estelar HII) 3 segundos de arco al norte de la galaxia espiral. El 1 de enero de 2003 se realizó un intento final para detectar algo más, nuevamente utilizando el medidor Keck 10. No se observó ningún cambio en la luz óptica que emanaba de la región de GRB 020819. Todo esto confirmó que ningún resplandor visible posterior acompañó el estallido de rayos gamma detectado por HETE-2 unos 134 días antes. El equipo investigador tenía su "burster de rayos gamma oscuros". Más tarde vendría la tarea de descubrir qué diablos era, o al menos no era ...
Periódicamente, durante todo el ciclo de inspección óptica y de infrarrojo cercano, la región de la explosión fue monitoreada en frecuencias de ondas de radio. Utilizando el VLA (Very Large Array, que consta de 27 platos de 25 metros configurados en Y ubicados a cincuenta millas al oeste de Socorro, Nuevo México), el equipo logró capturar un rastro menguante de radiación de 8.48 Ghz e identificó su ubicación.
Las primeras ondas de radio de GRB 020819 se recogieron 1.75 días después de la alerta HETE-2. Para el día 157, los niveles de energía rf se nivelaron hasta el punto en que la fuente ya no se podía ver con confianza. Sin embargo, en este momento, su ubicación había sido señalada a la "burbuja" tres segundos de arco al norte del núcleo de la galaxia espiral previamente inexplorada. Desafortunadamente, debido a su debilidad, la distancia a la burbuja en sí misma no se pudo determinar espectrográficamente, sin embargo, se descubrió que la galaxia se encuentra a unos 6.2 BLY y disfruta de una "alta confianza" en términos de tener una relación con la fuente.
Como resultado de tales investigaciones, los astrónomos ahora están aprendiendo cada vez más sobre una clase de eventos cataclísmicos que resultan en flujos masivos de fotones de alta y baja energía, mientras se saltan casi por completo las frecuencias intermedias, como la luz ultravioleta, visible e infrarroja cercana. ¿Hay algo que pueda explicar esto?
Basado en el aprendizaje del GRB 020819, el equipo exploró tres modelos de bola de fuego sobre cómo podrían ocurrir los GRB oscuros. De los tres (una expansión uniforme de gases de alta energía en un medio homogéneo, una expansión uniforme en un medio estratificado y un chorro colimado que penetra en cualquier tipo de medio), el mejor ajuste contra los comportamientos GRB 020819 fue el de una expansión uniforme de gases de alta energía en un medio homogéneo de otros gases (un modelo propuesto por primera vez por el astrofísico R. Sari et al en 1998). La virtud de este modelo de expansión isotrópica es (en palabras del equipo investigador) que "solo se debe invocar una cantidad modesta de extinción" para explicar la ausencia de luz visible.
Además de reducir el rango de posibles escenarios asociados con los GRB oscuros, el equipo concluyó que "GRB 020819, una explosión relativamente cercana, es solo uno de los dos 14 GRB localizados dentro (dentro de 2 minutos de arco) HETE-2 que lo hace No tener un OA reportado. Esto respalda la reciente propuesta de que la fracción de explosión oscura es muy inferior a la sugerida anteriormente, tal vez tan pequeña como 10% ".
Escrito por Jeff Barbour
