Está muerto, pero ahora está mejor: una estrella de neutrones magnética provocó un destello gigante en la galaxia M82

Muchos fenómenos celestes pueden producir alta energía, los llamados estallidos de rayos gamma (GRB). Estos son los fenómenos más brillantes del universo y su origen a menudo desconcierta a los investigadores. Las explosiones cortas de rayos gamma suelen surgir cuando se fusionan restos estelares (como estrellas de neutrones y agujeros negros). En noviembre de 2023, Sandro Mereghetti (INAF) y sus colegas identificaron un estallido de rayos gamma denominado GRB 231115A, pero su fuente deparaba sorpresas. Sus hallazgos se publicarán en Nature en mayo de 2024.

Imagen óptica de M82. La ubicación exacta de GRB 231115A coincide con la galaxia M82, una galaxia cercana productora de estrellas. El círculo blanco indica la posición de la señal detectada con un 90% de probabilidad.

La erupción, que duró sólo 93 milisegundos, fue detectada con éxito por varios instrumentos. Sólo el Sistema INTEGRAL Burst Alert pudo identificar con precisión la ubicación de la fuente, la galaxia productora de estrellas M82. Dos detectores IBIS a bordo de INTEGRAL (ISGRI y PICsIT) recopilaron datos sobre el evento.

Curvas de Luz GRB 231115A. GRB 231115A también fue visible utilizando detectores que midieron en dos bandas diferentes: el) Detectado por el detector ISGRI en el rango de energía 30-250 keV, B) Se detectó utilizando un detector PICsIT en el rango de energía 312-2600 keV. Las figuras muestran la curva de luz medida por los dos instrumentos, es decir, los fotones recibidos por segundo en función del tiempo desde la primera detección (T0 = 15.11.2023.15 h 36 am 20 s UTC). La energía calculada de la explosión es mucho menor que la de las típicas explosiones cortas de GRB, pero es similar a las curvas de luz de explosiones anteriores identificadas por magnetares.

El brillo similar al de un estallido de rayos gamma no puede ser causado únicamente por la colisión de restos estelares compactos, y distinguir entre fuentes individuales no es una tarea fácil. Sin embargo, en el caso de GRB 231115, existen varios argumentos a favor de que los investigadores observen el brillo de un magnetar. Las estrellas de neutrones que tienen un campo magnético enorme se llaman magnetares. Las propias estrellas de neutrones son restos de estrellas masivas y de vida corta que se forman durante las explosiones de supernovas. Las explosiones de magnetares son eventos muy raros y sólo se han observado tres de estos eventos en la galaxia en cincuenta años.

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La cantidad de energía liberada durante GRB 231115 es mucho menor que los valores habituales para GRB cortos, pero concuerda bien con la producción de energía de las tres explosiones de magnetares confirmadas hasta ahora. En busca de una mayor confirmación, los autores también utilizaron los telescopios espaciales Swift y XMM-Newton, para realizar mediciones en el rango de rayos X. No se detectaron auroras, lo que también indica que no se detectaron GRB. Por último, pero no menos importante, si se tratara de GRB clásicos, la colisión de estrellas compactas podría provocar la emisión de ondas gravitacionales, pero los detectores de ondas gravitacionales LIGO-Virgo-KAGRA no han informado de tal evento.

Compararon la curva de luz de GRB 231115A con la curva de luz de SGR 1806-2, la explosión de magnetar más activa en 2004. Ambos muestran una señal inicial más fuerte seguida de una explosión más débil seguida de una caída a largo plazo.

No es sorprendente observar este fenómeno en una galaxia con caída de estrellas similar a M82. Esto se debe a que aquí nacen muchas estrellas jóvenes masivas que terminan su vida como estrellas de neutrones acompañadas de una explosión de supernova, que, si tenemos suerte, podemos observar como magnetares.

El proceso de captura de neutrones rápidos (proceso r) es responsable de crear aproximadamente la mitad de los elementos más pesados ​​que el hierro (como el oro), y aún no sabemos con certeza qué eventos son capaces de crearlo. Las fusiones de estrellas de neutrones ciertamente juegan un papel importante en esto, pero según simulaciones hidrodinámicas relativistas, las gigantescas llamaradas de magnetares también pueden tener una contribución significativa. Los autores estimaron la frecuencia de las erupciones gigantes en M82 basándose en el hecho de que sólo las erupciones gigantes pueden producir hasta dos masas solares de elementos pesados ​​cada mil millones de años. Por tanto, estudiar estas galaxias puede ser importante para comprender el origen de los elementos químicos en el futuro.

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Autores del artículo «El arte de la comunicación científica» C. Un grupo de alumnos del curso ELTE: Viktoria Frohlich, Adam Fozzi, Barnabas Egari, Adam Kadlecic, David Kovacs, Christian David Nagy, Eniko Pichler, Petra Sagi, Adam Varga, Nora Varga y Blanca Villagos.

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