Destello de rayos gamma

Después del Big Bang, los destellos de rayos gamma (DRG) son uno de los fenómenos más energéticos que se conocen en el universo. Su origen permanece como un enigma de la astrofísica.

Un DRG es un lampo cuyo rango energético rebasa los 100,000 electrón-volts1 .Un solo DRG puede liberar, en una fracción de segundos, la misma cantidad de energía2 que el Sol libera durante toda su vida. En la Tierra solo se ha logrado producir radiación gamma en explosiones de bombas nucleares.

En 1967, en plena Guerra Fría, Estados Unidos sospechaba de las intenciones nucleares de la ex Unión Soviética  y puso en órbita una serie de satélites (Vela) diseñados para detectar pruebas encubiertas de armas nucleares. Ese mismo año dos satélites Vela detectaron radiación gamma distinta a la de las armas nucleares conocidas. Los norteamericanos entraron en pánico.

Los científicos tardaron años en comprender que esas señales de radiación gamma no provenían de la ex Unión Soviética, ni de la Vía Láctea sino que tenía un origen cósmico. En 1997  gracias a que el satélite Beppo-Sax logró identificar de qué galaxia provenía el DRG 970228 (llamado así por la fecha en que se detectó, año-mes-día) se pudo determinar la distancia y la cantidad de energía que este DRG había liberado. A partir de esto se  confirmó que el origen de los DRG era cósmico (extra galáctico).

Hoy día, los satélites Swift, Fermi, Integral, Suzaku y Agile, entre otros, están  dedicados exclusivamente a la búsqueda de DRG. Cada uno de estos satélites cuenta con potentes detectores de hojas de tungsteno y silicio que el DGR atraviesa para activar un calorímetro. El conjunto de los detectores observa  poco más de 100 DRG por año. La suma total de destellos de rayos gamma registrados, desde 1967, rebasa los cinco mil destellos. (Aquí pueden observarse los DGR detectados recientemente).

Los DRG ocurren en cualquier parte del universo y su duración puede ir de los 2 milisegundos hasta los 10 minutos. También varían según distancia, energía y variabilidad. Jamás se han registrado dos DRG iguales.

Distribución espacial de los DRG en la bóveda celeste.

Durante mucho tiempo hubo más teorías sobre la generación de los DRG que observaciones mismas de DRG. Ahora que sabemos que estos eventos electromagnéticos son cósmicos  y que tenemos la posibilidad de poder estimar la energía que emiten y conocer las características del entorno en dónde se producen es que es posible hablar de dos modelos para a explicarlos.

I. De acuerdo con Dr. Stan Woosley los destellos de rayos gamma mayores a 2 segundos (DRG largos) podrían producirse al momento en que una estrella Wolf Rayet (WR)3 deja de tener reacciones nucleares y, debido a la fuerza de la atracción gravitacional hacia el núcleo, empieza a formarse un hoyo negro. Es durante este proceso en donde se emitiría el DRG. (Aquí puede verse una simulación)

II. Los DRG de corta duración (de 2 milisegundos hasta dos segundos), aparentemente, se generan por el choque entre dos estrellas de neutrones. Cuando dos estrellas de neutrones orbitan entre sí, pierden energía (al emitir ondas gravitacionales) y con ello reducen la distancia que las separa. Finalmente esas dos estrellas de neutrones chocan, formando un hoyo negro e  irradiando una gran cantidad de energía en forma de DRG.

Video de la emisión de un DRG tras la colision de dos estrellas de neutrones

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DRG más cercano (DRG 031203) a la Tierra ocurrió a cien millones de años luz y fue apenas perceptible por los detectores del satélite XMM-Newton de la Agencia Espacial Europea4. El único DRG que ha sido perceptible a simple vista (DRG 080319B) ocurrió a 7.5 mil millones de años luz y logramos visualizarlo no porque fuera cercano o  particularmente energético, sino por tenía un ángulo de apertura tan peculiar y pequeño que lograba incrementar su intensidad. Otro DRG distintivo fue el 110328a, detectado el pasado 28 de marzo, y cuya radiación post-destello gamma (radiación en el óptico y en el infrarrojo) siguió visible una semana después de la emisión del destello inicial.

Aun con todos los satélites, científicos y dinero invertido en el estudio de los DRG quedan muchas preguntas por resolver: ¿En qué tipo de galaxias se producen los DRG? ¿Por qué es que salen colimados (con forma de cono con 5 grados de apertura) y con velocidades tan cercanas a las de la luz? ¿Cómo es que el campo magnético de la galaxia o del medio interestelar que atraviesan influye en ellos? Un tema particularmente polémico es la discusión que correlaciona intensidad y distancia ¿A partir de la intensidad con la que la detectamos se logra inferir automáticamente la distancia?  No necesariamente, pero lo cierto, es que no sabemos.

Simulación de la emisión de un DRG 

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Un electrón-volt (eV) emitido en un segundo equivale a 1.60217733e-19 Watts.

[2] La cantidad de energía que libera es aproximadamente 1052 ergs (1045 J).

[3] Estrellas masivas (hasta 40 masas solares), con una temperatura superficial de hasta 50 mil grados centígrados (10 veces más que la del Sol) que sufren grandes pérdidas de masa debido a intensos vientos estelares.

[4] La probabilidad de que un DRG atraviese a la Tierra es bajísima (menos del 0.001%).

“Un solo DRG puede liberar, en una fracción de segundos, la misma cantidad de energía que el Sol libera durante toda su vida”

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Comentarios (4)

Mostrando 4 comentarios.

Muy interesante artículo, pero hay una seria imprecisión. Al inicio del texto se afirma que un DRG puede exceder los 100,000 electronvolts (eV). Segun la nota 1, un eV por segundo equivale a 1.6e-19 Watts, de modo que, de ser esto correcto, un DRG emitiría 1.6e-14 Watts por segundo, es decir, una cantidad ínfima de energía. En realidad, un DRG típico emite energía del orden de 10e+44 Joules, o 10e+63 electronvolts.

Hola Roberto, gracias por la aclaración.

Efectivamente la energía de los DRG se encuentre entre los 10e+50 y 10e+52 ergs (equivalente a 10e+43 y 10e+45 Joules). Esta sin embargo, es la energía total del destello que en un principio está producido por la emisión de miles de millones de neutrinos y que al poco tiempo se convierten en una cantidad enorme de fotones, cada uno con una energía en el rango de los 100,000 eV (100 keV). Es la suma de todos los fotones lo que corresponde a la energía total de 10e+52 ergs.

Debido a que el DRG se encuentra tan lejos y que conforme pasa el tiempo éste se va expandiendo, la cantidad de fotones que pasan en un área determinada (digamos un centímetro cuadrado) es cada vez menor y menor. Es lo mismo que poner un foco de 100 watts a un metro de ti, luego a 100 metros, y finalmente a un kilómetro… aunque el foco emite la misma cantidad de energía, la cantidad de fotones que recibes es menor conforme esté más lejos el foco. Por esta misma razón, de cada DRG que se detecta se tiene en realidad un número muy pequeño de fotones (¡no más de veinte!).

De hecho, los satélites que están en búsqueda de los DRG tienen un rango energético dentro de 10 hasta los 1,000,000,000 eV (giga-eV). Por cierto, se están descubriendo cada vez más DRG con fotones que están dentro de los GeV (como el DRG 940217), cuya producción es hasta la fecha un tema bastante controversial.

Por último, te mando un link al DRG del 28 de marzo del 2011, que ha presentado varias épocas de emisión muy intensas. ¿Por qué?... estamos en esas.

http://apod.nasa.gov/apod/image/1104/grb110328a_hst_3000.jpg

Si quieres te mantengo al tanto de que es lo que está originando esta variabilidad.

Saludos.

Diego

Osea que la discrepancia o impresición que te señalan es por una corrección de ángulo sólido?

así es
nos vemos pronto juan
abrazo

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