OPINIÓN: ¿Por qué los rayos gamma sorprenden a los científicos?

Nota del editor: Meg Urry es profesora de la cátedra Israel Munson de física y astronomía, y directora del Departamento de Física en la Universidad de Yale, donde es también directora del Centro Yale para Astronomía y Astrofísica.

(CNN) — El 27 de abril, los satélites Fermi y Swift de la NASA detectaron una fuerte señal proveniente del brote de rayos gamma más brillante en décadas.

Debido a que se encontraba relativamente cerca, fue miles de veces más deslumbrante que otros que el Swift observa frecuentemente. Los científicos ahora tratan de saber más.

Sabemos que cuando a las estrellas más grandes se les agota el combustible, no se desvanecen en silencio. En cambio, su explosión es grandiosa y se convierten en lo que conocemos como supernova. Con frecuencia, estas transformaciones estelares son lo suficientemente brillantes como para poder verlas, incluso, si se encuentran en galaxias a miles de millones de años luz de nuestro hogar, en la Vía Láctea.

En casos muy raros como la GRB130427A (etiquetada con la fecha de su descubrimiento), los astrofísicos tienen la suerte de observar rayos gamma de energía de tal magnitud con una gran cantidad de material saliente que consiste en partículas creadas durante la violenta agonía mortal de las estrellas masivas.

Esto significa que los rayos deben estar apuntando hacia la Tierra, por mera coincidencia, claro. Por cada uno que se dirige hacia nosotros, existen cientos de estrellas que explotan a lo largo del universo cuyos jets apunta de manera aleatoria en otras direcciones. Los telescopios que miran hacia otros planetas podrán observar los jets y estrellas que explotan, aunque no podríamos ver los flashes de rayos gamma que apuntan en dirección opuesta a nosotros.

En las horas posteriores al descubrimiento de este inusual fenómeno, los astrofísicos se apresuraron a aprender más.

Gracias a las observaciones hechas con el telescopio Gemini en Hawaii, pronto fue claro que la GRB130427A era superbrillante debido a que se encuentra solo a unos cuantos miles de millones de años luz. Si hubiera estado situada en una galaxia más distante, como lo están normalmente, su señal hubiera sido relativamente débil.

Por ejemplo, se piensa que la mayor parte de la energía de las supernovas es disipada por los neutrinos, unas partículas ligeras y difíciles de detectar que son tan importantes para el entendimiento de las leyes fundamentales de la naturaleza.

El telescopio de neutrinos más poderoso del mundo, IceCube, utiliza hielo antártico como detector de volumen y tiene equipo electrónico enterrado a lo largo de un kilómetro cúbico de hielo (suficiente agua para llenar un millón de piscinas) para detectar las señales que interactúan con la superficie congelada.

Si hay una supernova asociada con este brote de rayos gamma, los telescopios terrestres podrían observar un gran destello óptico en cualquier momento, precedido por un flujo de neutrinos (los cuales se emiten en el momento del colapso, mientras que la luz óptica es la consecuencia de que los restos de la explosión choquen contra material que rodea a la estrella unos momentos después).

Me pareció interesante que el 18 de abril la revista Nature informó que los límites superiores de los neutrinos medidos en el IceCube son suficientemente bajos como para que los brotes de rayos gamma sean la única fuente de alta energía cósmica. Solo nueve días después, ocurrió la brillante explosión, lo que llevó a que el Fermi detectara el rayo gamma con mayor cantidad de energía en la historia.

Existe la posibilidad real de que el IceCube haga la primera detección de neutrinos astrofísicos de la supernova asociada con la GRB130427A.

¿Quiere saber más detalles técnicos? Aquí hay información adicional sobre la luz y la muerte de las estrellas:

Los rayos gamma son la forma más energética de la luz con longitudes de onda mucho más cortos que un foco óptico común (el que se puede observar a través del ojo), incluso, la luz ultravioleta o los rayos X.

La energía de un paquete de luz o fotón es inversamente proporcional a su longitud de onda. Debido a que la longitud de onda de un fotón de rayos X es aproximadamente 1/1000 de la longitud de onda de la luz óptica, por ejemplo, un fotón de rayos X tiene 1000 veces más energía que el óptico. Esta es la razón por la que pueden penetrar la piel y los tejidos suaves, aunque no el hueso, mientras que la solar solo se refleja en la piel.

Los rayos gamma tienen de miles a millones más energía que la luz del Sol. Tan alta que es muy difícil producirlos y son raros. Así que cuando detectamos rayos gamma en el espacio, significa que hay eventos de intenso calor.

Las estrellas como nuestro sol son bolas gigantes de gas unido por la gravedad. Por sí sola, la gravedad ocasionaría que las estrellas colapsaran por completo, pero mientras se produzca energía en su centro por la fusión nuclear (la unión de núcleos atómicos para formar nuevos elementos, como en una bomba de hidrógeno), la estrella se calienta y se llena de aire. Durante esta fase, las estrellas irradian ese calor y brillan intensamente como sucede con el astro solar, en la mayor parte con longitudes de onda ópticas.

Una interesante triple "coincidencia" que probablemente evolucionó con el tiempo, es que nuestros ojos son más sensibles a la luz amarilla-verde, que es el color característico de la luz solar, así como el color que puede transmitirse de manera más fácil a través de la atmósfera terrestre.

Cuando la fusión nuclear utiliza todo el combustible que se encuentra en el centro estelar de alta presión, la estrella colapsará de manera bastante violenta. Dependiendo de su masa inicial, podría destruirse hasta convertirse en una estrella compacta y caliente conocida como enana blanca (en la que su masa es menor a 1.4 veces la del sol) o en una estrella neutrón (aquellas que son casi similares a la masa solar) o en un hoyo negro (tienen una masa mayor a tres veces la de nuestro sol).

La extinción de un hoyo negro es muy violento y en la actualidad no lo entendemos bien. Los teóricos creen que el proceso genera calor y provoca la explosión. La energía se libera en forma de neutrinos, luz (principalmente rayos gamma) y un par de luminosidades que emiten energía hacia fuera (relativamente).

Es por eso que un evento como el GRB130427A probablemente indique el colapso de una estrella masiva y se convierta en un hoyo negro.

La verdad es que, si no fuera por la supernovas, no estaríamos aquí.

Cada átomo de su cuerpo que no es hidrógeno o helio fue creado en el ardiente interior de una estrella masiva. La explosión de la supernova dispersa estos elementos a lo largo del espacio interestelar, donde se convierten en el material de construcción para planetas nuevos. Cuando se formó la Tierra a partir de dichos materiales (hierro, manganeso, calcio, silicón, oxígeno, nitrógenos, carbono, etc.) existió la posibilidad de que evolucionaran químicos orgánicos, después células, después organismos y por último humanos.

En la década de 1960, la NASA lanzó los primeros satélites de rayos gamma para buscar señales de descomposición radioactiva intensa en la Tierra que pudieran haber sido generadas por explosiones nucleares. En otras palabras, la detección de estos destellos era una manera de localizar pruebas nucleares.

Años después, al examinar los datos de los satélites Vela, los científicos encontraron brotes de rayos gamma, aunque éstos provenían del espacio, no de actividades humanas en la Tierra. Desde entonces, estos han sido uno de los fenómenos más interesantes del cosmos. Son increíblemente luminosos, con una gran proporción de energía acumulada en pocos segundos, lo que representa una clase física extrema.

Miles de brotes de rayos gamma han sido estudiados durante más de 40 años. Debido a su proximidad, la GRB130427A brilló durante un mayor periodo y con energías más altas que cualquier otro que los satélites Fermi o Swift hayan detectado.

Los astrofísicos no pueden ser exitosos sólo porque son inteligentes y tenaces, también es necesario tener suerte.

El pasado 27 de abril, la naturaleza sonrió a la comunidad astrofísica terrestre en forma de la GRB130427A, un poderoso laboratorio para entender más sobre los hoyos negros y el colapso estelar. Ahora comienza el análisis experimental.

Las opiniones recogidas en este texto pertenecen exclusivamente a Meg Urry.