“Unos minutos después de que el BOAT entrara en erupción, el Monitor de Estallidos de Rayos Gamma de Fermi registró un pico de energía inusual que nos llamó la atención”, dijo la investigadora principal Maria Edvige Ravasio de la Universidad Radboud en Nijmegen, Países Bajos, y afiliada al Observatorio de Brera, parte de INAF (el Instituto Nacional Italiano de Astrofísica) en Merate, Italia. “Cuando vi esa señal por primera vez, se me puso la piel de gallina. Nuestro análisis desde entonces muestra que es la primera línea de emisión de alta confianza jamás vista en 50 años de estudio de los GRB.”
A papel El artículo sobre el descubrimiento aparece en la edición del 26 de julio de la revista Science.
Cuando la materia interactúa con la luz, la energía puede ser absorbida y reemitida de maneras características. Estas interacciones pueden hacer más brillantes o más oscuros determinados colores (o energías), lo que produce características clave visibles cuando la luz se extiende, como un arco iris, en un espectro. Estas características pueden revelar una gran cantidad de información, como los elementos químicos involucrados en la interacción. A energías más altas, las características espectrales pueden revelar procesos específicos de partículas, como la aniquilación de materia y antimateria para producir rayos gamma.
“Si bien algunos estudios previos han informado sobre posibles evidencias de características de absorción y emisión en otros GRB, un análisis posterior reveló que todas ellas podrían ser simplemente fluctuaciones estadísticas. Lo que vemos en BOAT es diferente”, dijo el coautor Om Sharan Salafia del Observatorio INAF-Brera en Milán, Italia. “Hemos determinado que las probabilidades de que esta característica sea simplemente una fluctuación de ruido son menores a una en 500 millones”.
Los GRB son las explosiones más potentes del cosmos y emiten grandes cantidades de rayos gamma, la forma de luz de mayor energía. El tipo más común se produce cuando el núcleo de una estrella masiva agota su combustible, colapsa y forma un agujero negro que gira rápidamente. La materia que cae en el agujero negro alimenta chorros de partículas en direcciones opuestas que atraviesan las capas externas de la estrella a casi la velocidad de la luz. Detectamos GRB cuando uno de estos chorros apunta casi directamente hacia la Tierra.
El BOAT, conocido formalmente como GRB 221009A, entró en erupción el 9 de octubre de 2022 y saturó rápidamente la mayoría de los detectores de rayos gamma en órbita, incluidos los de Fermi. Esto les impidió medir la parte más intensa de la explosión. Las observaciones reconstruidas, junto con argumentos estadísticos, sugieren que el BOAT, si forma parte de la misma población de GRB detectados anteriormente, probablemente fue el estallido más brillante que apareció en los cielos de la Tierra en 10.000 años.
La supuesta línea de emisión aparece casi 5 minutos después de que se detectara la explosión y mucho después de que se hubiera atenuado lo suficiente como para poner fin a los efectos de saturación en Fermi. La línea persistió durante al menos 40 segundos y la emisión alcanzó una energía máxima de aproximadamente 12 MeV (millones de electronvoltios). A modo de comparación, la energía de la luz visible varía de 2 a 3 electronvoltios.
¿Qué produjo entonces esta característica espectral? El equipo cree que la fuente más probable es la aniquilación de electrones y sus contrapartes de antimateria, los positrones.
“Cuando un electrón y un positrón chocan, se aniquilan, produciendo un par de rayos gamma con una energía de 0,511 MeV”, dijo el coautor Gor Oganesyan en Instituto de Ciencias del Gran Sasso y Laboratorio Nacional del Gran Sasso en L’Aquila, Italia. “Como estamos observando el chorro, donde la materia se mueve a una velocidad cercana a la de la luz, esta emisión se desplaza mucho hacia el azul y se ve empujada hacia energías mucho más altas”.
Si esta interpretación es correcta, para producir una línea de emisión con un pico de 12 MeV, las partículas aniquiladas tendrían que haberse estado moviendo hacia nosotros a aproximadamente el 99,9% de la velocidad de la luz.
“Después de décadas de estudiar estas increíbles explosiones cósmicas, todavía no entendemos los detalles de cómo funcionan estos chorros”, señaló Elizabeth Hays, científica del proyecto Fermi en Centro de vuelo espacial Goddard de la NASA en Greenbelt, Maryland. “Encontrar pistas como esta notable línea de emisión ayudará a los científicos a investigar este entorno extremo con mayor profundidad”.
El telescopio espacial de rayos gamma Fermi es un proyecto conjunto de astrofísica y física de partículas gestionado por Goddard. Fermi se desarrolló en colaboración con el Departamento de Energía de los Estados Unidos, con importantes contribuciones de instituciones académicas y socios de Francia, Alemania, Italia, Japón, Suecia y los Estados Unidos.
