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Una nueva investigación muestra que los agujeros negros no siempre emiten estallidos de rayos gamma

Impresión artística de un estallido de rayos gamma por una estrella de neutrones. Crédito: Noria Jordana Mitgans

Los satélites en órbita terrestre detectan los estallidos de rayos gamma (GRB) como destellos luminosos de los rayos gamma más energéticos que duran desde milisegundos hasta cientos de segundos. Estas erupciones cataclísmicas ocurren en galaxias distantes, a miles de millones de años luz de distancia de la Tierra.


Un subtipo de GRB conocido como GRB de corta duración comienza cuando dos estrellas de neutrones chocan. Estas estrellas súper densas tienen la masa de nuestro sol comprimida a la mitad del tamaño de una ciudad como Londres, y en los últimos momentos de sus vidas, justo antes de que se lance el GRB, generan ondas en el espacio-tiempo, los astrónomos las conocen como ondas gravitacionales.

Hasta ahora, los científicos espaciales han estado de acuerdo en gran medida en que el «motor» que impulsa tales ráfagas energéticas y de corta duración siempre debe provenir de un agujero negro recién formado (una región de Tiempo libre donde la gravedad es tan fuerte que nada, ni siquiera la luz, puede escapar). Sin embargo, una nueva investigación de un equipo internacional de astrofísicos, dirigido por la Dra. Nuria Jordana-Metjans de la Universidad de Bath, desafía este dogma científico.

Según los resultados del estudio, algunos de los GRB de corta duración están alimentados por el nacimiento de una estrella supermasivo (también conocida como remanente de estrella de neutrones) y no por un agujero negro. El papel está disponible en Diario astrofísico.

La Dra. Jordana-Mitjans dijo: «Resultados como este son importantes porque confirman que las estrellas de neutrones nacientes pueden alimentar algunos de los GRB de emisiones brillantes de corto alcance a través de Campo electromagnetico que se dieron a conocer acompañándolos. Este descubrimiento puede proporcionar una nueva forma de localizar los sitios de fusión de estrellas de neutrones y, por lo tanto, los emisores de ondas gravitacionales, cuando buscamos señales en el cielo».

Teorías en competencia

Se sabe mucho sobre los GRB de corto alcance. Comienzan la vida cuando dos estrellas de neutrones, en espiral cada vez más espiral, finalmente colapsan, acelerando constantemente. Y de sitio roto, un estallido libera radiación de rayos gamma que forma el GRB, seguido de auroras de mayor duración. Después de un día, el material radiactivo que fue expulsado en todas direcciones durante la explosión produce lo que los investigadores llaman una kilonova.

Sin embargo, lo que queda exactamente después de la colisión de dos estrellas de neutrones, el «producto» del colapso, por lo tanto fuente de alimentación Lo que le da al GRB su extraordinaria energía, ha sido durante mucho tiempo tema de debate. Los científicos ahora pueden estar más cerca de resolver este debate, gracias a los resultados del estudio dirigido por Bath.

Los astrónomos se dividen entre dos teorías. La primera teoría dice que las estrellas de neutrones se fusionan brevemente para formar una estrella de neutrones extremadamente masiva, solo para que esa estrella colapse en un agujero negro en una fracción de segundo. El segundo argumenta que las dos estrellas de neutrones darían como resultado una estrella de neutrones menos masiva con una edad promedio más alta.

Entonces, la pregunta que los astrofísicos se han estado haciendo durante décadas es la siguiente: ¿los GRB de vida corta están alimentados por un agujero negro o por el nacimiento de una estrella de neutrones de vida larga?

Hasta ahora, la mayoría de los astrofísicos han respaldado la teoría del agujero negro y han acordado que para producir un GRB, es necesario que la estrella de neutrones masiva colapse casi instantáneamente.

señales electromagnéticas

Los astrofísicos aprenden sobre las colisiones de estrellas de neutrones midiendo las señales electromagnéticas generadas por los GRB. Se espera que la señal de un agujero negro difiera de la de los restos de una estrella de neutrones.

La señal electromagnética del GRB detectada para este estudio (etiquetada como GRB 180618A) por la Dra. Jordana-Mitjans y sus colaboradores indicó que los restos de una estrella de neutrones en lugar de un agujero negro deben haber provocado esta explosión.

«Por primera vez, nuestras observaciones resaltan múltiples señales de una estrella de neutrones sobreviviente que vivió al menos un día después de la muerte del binario original de estrellas de neutrones», dijo en detalle la Dra. Jordana Mitjans.

«Estábamos emocionados de capturar la luz óptica muy temprana de este breve estallido de rayos gamma, algo que todavía es imposible», dijo Carol Mundell, coautora del estudio y profesora de Astronomía Extragaláctica en Bath, donde ocupa la Cátedra Hiroko Sherwin en Extragaláctica. Astronomía prescindimos del uso de un telescopio robótico, pero cuando analizamos nuestros notables datos, nos sorprendió no poder explicarlos utilizando el modelo estándar de agujero negro de colapso rápido de los GRB.

“Nuestro descubrimiento abre una nueva esperanza para los próximos estudios del cielo utilizando telescopios como el Observatorio LSST Rubin en el que podemos encontrar señales de cientos de miles de estos objetos de larga vida. estrellas de neutronesantes de que se derrumben en agujeros negros. «

crepúsculo que se desvanece

Lo que inicialmente desconcertó a los investigadores fue que la luz óptica de las auroras que siguieron a GRB 180618A desapareció después de solo 35 minutos. Un análisis posterior mostró que el material responsable de una emisión tan corta se estaba expandiendo cerca de la velocidad de la luz debido a una fuente de energía continua que lo empujaba desde atrás.

Lo que fue aún más sorprendente fue que esta emisión tenía la huella de una estrella de neutrones que gira a alta velocidad y es extremadamente magnética, denominada magnetar de milisegundos. El equipo descubrió que el magnetar después de GRB 180618A estaba recalentando el material sobrante de la colisión a medida que disminuía la velocidad.

En GRB 180618A, la emisión óptica accionada magnéticamente fue mil veces más brillante de lo que cabría esperar de una kilonova clásica.

más información:
N. Jordana-Mitjans et al, Un breve estallido de rayos gamma de un remanente magnético elemental, Diario astrofísico (2022). DOI: 10.3847 / 1538-4357 / ac972b

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