Estallidos de rayos Gamma
Los brotes de rayos gamma (también conocidos como GRB en sus siglas en inglés, BRG en español) son destellos de rayos gamma asociados con explosiones extremadamente energéticas en galaxias distantes. Son los eventos electromagnéticos más luminosos que ocurren en el universo. Los brotes pueden durar desde unos nanosegundos hasta cerca de una hora, pero por lo general, un brote típico suele durar unos pocos segundos.
Con frecuencia son seguidos por una luminiscencia residual de larga duración de radiación a longitudes de onda mayor, (rayos X, radiación ultravioleta, luz visible, radiación infrarroja y radiofrecuencia).
Se cree que muchos de los BRG son haces muy colimados con radiación intensa producidos a causa de una supernova, cuando una estrella de rápida rotación y gran masa colapsa para formar un agujero negro. Una subclase de BRG (denominados brotes «cortos») parecen ser originados por un proceso diferente, posiblemente la fusión de estrellas binarias de neutrones; mientras que los «brotes largos» parecen derivarse a causa de la muerte de estrellas masivas; es decir, por una supernova, o incluso, por una hipernova. Los dos tipos de brotes se diferencian por su tiempo de duración: los primeros suelen durar menos de dos segundos, mientras que los otros, tienden a alargarse durante más tiempo.
Las fuentes de los BRG se encuentran a miles de millones de años luz de distancia de la Tierra, lo que implica que las explosiones son extremadamente energéticas (se ha comprobado que un brote típico puede generar la misma energía que el sol en un periodo de diez mil millones de años) y extremadamente raras (algunas por galaxia cada millón de años). Todos los BRG observados se han originado fuera de la Vía Láctea, aunque una clase de fenómenos relacionados, las llamaradas de rayos gamma suaves, se asocian con los magnetares dentro de la Vía Láctea. Se ha establecido la hipótesis de que un brote de rayos gamma en la Vía Láctea pudo haber sido la causa de una extinción masiva en la Tierra.
Los BRG se detectaron por primera vez en 1967 por los satélites Vela, una serie de satélites diseñados para detectar pruebas de armas nucleares encubiertas. En los años posteriores a su descubrimiento se propusieron cientos de modelos teóricos para explicar estos brotes, tales como las colisiones entre cometas y estrellas de neutrones.3 Había escasa información disponible para verificar estos modelos hasta la detección en 1997 de los primeros rayos X, resplandores ópticos y la medición directa de sus corrimientos al rojo usando espectroscopios ópticos. Estos descubrimientos, y los estudios posteriores de las galaxias y supernovas asociados con los brotes, clarificaron la distancia y luminosidad de estos fenómenos, corroborando definitivamente que tenían lugar en galaxias distantes y que estaban estrechamente relacionados con la muerte de estrellas masivas.
Clasificación
Aunque las fuentes astronómicas transitorias tienen comportamientos simples y consistentes en el tiempo (típicamente un abrillantamiento súbito seguido de una disminución gradual de la luminosidad) las curvas de luz de los brotes de rayos gamma son extremadamente diversas y complejas. No hay dos curvas de luz de BRG que sean idénticas, existiendo gran variación observada en cada propiedad: la duración de la emisión observable pueden variar desde unos milisegundos a decenas de minutos, puede haber un pico o subpulsos individuales, y los picos individuales pueden ser simétricos o con abrillantamiento rápido y desvanecimiento lento. Algunos brotes suelen ser precedidos por un evento «precursor», que es un brote débil seguido (tras unos segundos o minutos) por un «verdadero» episodio explosivo.Las curvas de luz de algunos acontecimientos tienen perfiles sumamente complejos con casi ningún patrón discernible.
Aunque algunas curvas de luz pueden reproducirse de forma aproximada usando modelos simples, se ha avanzado poco en la comprensión de toda la diversidad observada. Se han propuesto muchos sistemas de clasificación, pero a menudo se basan únicamente en las diferencias en la apariencia de las curvas de luz y no siempre reflejan una diferencia física real en los progenitores de las explosiones. Sin embargo, las gráficas de la distribución de la duración observada para una gran cantidad de BRG muestran una bimodalidad, lo que sugiere la existencia de dos poblaciones separadas: una población «corta» con una duración media de aproximadamente 0,3 segundos y una población «larga» con una duración de 30 segundos. Ambas distribuciones son muy amplias con una importante región de solapamiento en la que la identificación de un evento dado no puede realizarse solo a partir su duración. Debido a esto se han propuesto clases adicionales, tanto de forma observacional como teórica.
Brotes de rayos gamma largos
La mayoría de los eventos tienen una duración de aproximadamente dos segundos y por lo tanto se les clasifica como brotes de rayos gamma largos. Debido a que estos acontecimientos constituyen la mayoría de la población y porque suelen tener las postluminiscencias más brillantes, han sido más estudiados que los brotes cortos. Casi todos los brotes largo bien estudiado han sido asociados con galaxias con una rápida formación estelar y en muchos casos con supernovas tipo II, lo que sin lugar a dudas liga a los BRG con la muerte de estrellas masivas.
Brotes de rayos gamma cortos
Los eventos con una duración menor que dos segundos se clasifican como brotes de rayos gamma cortos. Hasta 2005 no habían sido detectadas postluminiscencias asociadas a los eventos cortos y poco se sabía acerca de su origen. Desde entonces, gran cantidad de BRG han sido localizados junto con su postluminiscencia en regiones con poca o casi ninguna formación estelar, incluyendo las grandes galaxias elípticas y el medio intracúmulo. Esto excluye una posible asociación con la muerte de estrellas masivas, confirmando que los eventos cortos son físicamente distintos de los largos. La naturaleza real de estos brotes (e incluso la precisión del sistema de clasificación actual) aún es desconocida, aunque la teoría actual es que surgen de las fusiones de estrellas binarias de neutrones. Una pequeña fracción de los brotes de rayos gamma cortos está asociada probablemente con un fenómeno que ocurre en galaxias cercanas, conocido como llamaradas de rayos gamma suaves.
Frecuencias e impacto en la vida
Los satélites que orbitan alrededor de la Tierra detectan actualmente una media de un brote de rayos gamma al día. Como los brotes de rayos gamma son visibles a distancias que abarcan la mayor parte del universo observable, un volumen que abarca muchos miles de millones de galaxias, esto sugiere que los brotes de rayos gamma son sucesos extremadamente raros en cada galaxia. La medición de una tasa determinada es complicada, pero para una galaxia de tamaño comparable a la Vía Láctea, la tasa estimada (de BRG largos) es de aproximadamente uno por cada 100.000 a 1.000.000 años. Sólo un pequeño porcentaje brillará hacia la Tierra. Las tasas estimadas de BRG cortos son todavía más inciertas debido a la fracción de haz desconocida, pero probablemente sean comparables.
Si un brote de rayos gamma en la Vía Láctea estuviera lo suficientemente cerca de la Tierra y apuntando en su dirección, podría tener efectos significativos en la biosfera. La absorción de la radiación en la atmósfera causaría la fotólisis del nitrógeno, generando óxido de nitrógeno que actuaría como catalizador para destruir el ozono. Según un estudio de 2004, los BRG a una distancia de aproximadamente un kiloparsec podrían destruir hasta la mitad de la capa de ozono de la Tierra; la irradiación UVA directa de los brotes se combinaría con la radiación UVA solar adicional que atravesaría la capa disminuida, lo que podría tener potencialmente un impacto significativo en la cadena alimentaria y desatar una extinción en masa. Los autores de ese estudio estiman que un brote semejante puede esperarse cada mil millones de años, y su hipótesis es que las extinciones masivas del Ordovícico-Silúrico pudieron ser el resultado de uno de estos brotes.
Existen fuertes indicios que apuntan a que los brotes de rayos gamma largos tienen lugar preferente o exclusivamente en regiones con baja metalicidad. Como la Vía Láctea ha tenido una alta metalicidad desde antes de que se formara la Tierra, este efecto podría reducir o incluso eliminar la posibilidad de que un brote de rayos gamma largo tuviera lugar en la Vía Láctea en los últimos mil millones de años. No se conoce una dependencia de la metalicidad semejante para los brotes de rayos gamma cortos. Por lo tanto, según su tasa local y las propiedades del haz, la posibilidad de que un suceso cercano pudiera tener un gran impacto en la Tierra en algún momento de su vida geológica puede ser aún significativa.
Luminiscencia visible de GRB 970508 observada un mes después de la detección del brote. Cuando la fusión no genera la presión suficiente para contrarrestar la gravedad, la estrella colapsa rápidamente para formar un agujero negro. En teoría, la energía puede ser liberada durante el colapso en la dirección del eje de rotación para formar un brote de rayos gamma. Los brotes a menudo son acompañados por otros fenómenos de larga o corta duración. Un brote se caracteriza por su fuerte luminosidad.
Los brotes de rayos gamma (también conocidos como GRB en sus siglas en inglés, BRG en español) son destellos de rayos gamma asociados con explosiones extremadamente energéticas en galaxias distantes. Son los eventos electromagnéticos más luminosos que ocurren en el universo. Los brotes pueden durar desde unos nanosegundos hasta cerca de una hora, pero por lo general, un brote típico suele durar unos pocos segundos.
Con frecuencia son seguidos por una luminiscencia residual de larga duración de radiación a longitudes de onda mayor, (rayos X, radiación ultravioleta, luz visible, radiación infrarroja y radiofrecuencia).
Se cree que muchos de los BRG son haces muy colimados con radiación intensa producidos a causa de una supernova, cuando una estrella de rápida rotación y gran masa colapsa para formar un agujero negro. Una subclase de BRG (denominados brotes «cortos») parecen ser originados por un proceso diferente, posiblemente la fusión de estrellas binarias de neutrones; mientras que los «brotes largos» parecen derivarse a causa de la muerte de estrellas masivas; es decir, por una supernova, o incluso, por una hipernova. Los dos tipos de brotes se diferencian por su tiempo de duración: los primeros suelen durar menos de dos segundos, mientras que los otros, tienden a alargarse durante más tiempo.
Las fuentes de los BRG se encuentran a miles de millones de años luz de distancia de la Tierra, lo que implica que las explosiones son extremadamente energéticas (se ha comprobado que un brote típico puede generar la misma energía que el sol en un periodo de diez mil millones de años) y extremadamente raras (algunas por galaxia cada millón de años). Todos los BRG observados se han originado fuera de la Vía Láctea, aunque una clase de fenómenos relacionados, las llamaradas de rayos gamma suaves, se asocian con los magnetares dentro de la Vía Láctea. Se ha establecido la hipótesis de que un brote de rayos gamma en la Vía Láctea pudo haber sido la causa de una extinción masiva en la Tierra.
Los BRG se detectaron por primera vez en 1967 por los satélites Vela, una serie de satélites diseñados para detectar pruebas de armas nucleares encubiertas. En los años posteriores a su descubrimiento se propusieron cientos de modelos teóricos para explicar estos brotes, tales como las colisiones entre cometas y estrellas de neutrones.3 Había escasa información disponible para verificar estos modelos hasta la detección en 1997 de los primeros rayos X, resplandores ópticos y la medición directa de sus corrimientos al rojo usando espectroscopios ópticos. Estos descubrimientos, y los estudios posteriores de las galaxias y supernovas asociados con los brotes, clarificaron la distancia y luminosidad de estos fenómenos, corroborando definitivamente que tenían lugar en galaxias distantes y que estaban estrechamente relacionados con la muerte de estrellas masivas.
Clasificación
Aunque las fuentes astronómicas transitorias tienen comportamientos simples y consistentes en el tiempo (típicamente un abrillantamiento súbito seguido de una disminución gradual de la luminosidad) las curvas de luz de los brotes de rayos gamma son extremadamente diversas y complejas. No hay dos curvas de luz de BRG que sean idénticas, existiendo gran variación observada en cada propiedad: la duración de la emisión observable pueden variar desde unos milisegundos a decenas de minutos, puede haber un pico o subpulsos individuales, y los picos individuales pueden ser simétricos o con abrillantamiento rápido y desvanecimiento lento. Algunos brotes suelen ser precedidos por un evento «precursor», que es un brote débil seguido (tras unos segundos o minutos) por un «verdadero» episodio explosivo.Las curvas de luz de algunos acontecimientos tienen perfiles sumamente complejos con casi ningún patrón discernible.
Aunque algunas curvas de luz pueden reproducirse de forma aproximada usando modelos simples, se ha avanzado poco en la comprensión de toda la diversidad observada. Se han propuesto muchos sistemas de clasificación, pero a menudo se basan únicamente en las diferencias en la apariencia de las curvas de luz y no siempre reflejan una diferencia física real en los progenitores de las explosiones. Sin embargo, las gráficas de la distribución de la duración observada para una gran cantidad de BRG muestran una bimodalidad, lo que sugiere la existencia de dos poblaciones separadas: una población «corta» con una duración media de aproximadamente 0,3 segundos y una población «larga» con una duración de 30 segundos. Ambas distribuciones son muy amplias con una importante región de solapamiento en la que la identificación de un evento dado no puede realizarse solo a partir su duración. Debido a esto se han propuesto clases adicionales, tanto de forma observacional como teórica.
Brotes de rayos gamma largos
La mayoría de los eventos tienen una duración de aproximadamente dos segundos y por lo tanto se les clasifica como brotes de rayos gamma largos. Debido a que estos acontecimientos constituyen la mayoría de la población y porque suelen tener las postluminiscencias más brillantes, han sido más estudiados que los brotes cortos. Casi todos los brotes largo bien estudiado han sido asociados con galaxias con una rápida formación estelar y en muchos casos con supernovas tipo II, lo que sin lugar a dudas liga a los BRG con la muerte de estrellas masivas.
Brotes de rayos gamma cortos
Los eventos con una duración menor que dos segundos se clasifican como brotes de rayos gamma cortos. Hasta 2005 no habían sido detectadas postluminiscencias asociadas a los eventos cortos y poco se sabía acerca de su origen. Desde entonces, gran cantidad de BRG han sido localizados junto con su postluminiscencia en regiones con poca o casi ninguna formación estelar, incluyendo las grandes galaxias elípticas y el medio intracúmulo. Esto excluye una posible asociación con la muerte de estrellas masivas, confirmando que los eventos cortos son físicamente distintos de los largos. La naturaleza real de estos brotes (e incluso la precisión del sistema de clasificación actual) aún es desconocida, aunque la teoría actual es que surgen de las fusiones de estrellas binarias de neutrones. Una pequeña fracción de los brotes de rayos gamma cortos está asociada probablemente con un fenómeno que ocurre en galaxias cercanas, conocido como llamaradas de rayos gamma suaves.
Frecuencias e impacto en la vida
Los satélites que orbitan alrededor de la Tierra detectan actualmente una media de un brote de rayos gamma al día. Como los brotes de rayos gamma son visibles a distancias que abarcan la mayor parte del universo observable, un volumen que abarca muchos miles de millones de galaxias, esto sugiere que los brotes de rayos gamma son sucesos extremadamente raros en cada galaxia. La medición de una tasa determinada es complicada, pero para una galaxia de tamaño comparable a la Vía Láctea, la tasa estimada (de BRG largos) es de aproximadamente uno por cada 100.000 a 1.000.000 años. Sólo un pequeño porcentaje brillará hacia la Tierra. Las tasas estimadas de BRG cortos son todavía más inciertas debido a la fracción de haz desconocida, pero probablemente sean comparables.
Si un brote de rayos gamma en la Vía Láctea estuviera lo suficientemente cerca de la Tierra y apuntando en su dirección, podría tener efectos significativos en la biosfera. La absorción de la radiación en la atmósfera causaría la fotólisis del nitrógeno, generando óxido de nitrógeno que actuaría como catalizador para destruir el ozono. Según un estudio de 2004, los BRG a una distancia de aproximadamente un kiloparsec podrían destruir hasta la mitad de la capa de ozono de la Tierra; la irradiación UVA directa de los brotes se combinaría con la radiación UVA solar adicional que atravesaría la capa disminuida, lo que podría tener potencialmente un impacto significativo en la cadena alimentaria y desatar una extinción en masa. Los autores de ese estudio estiman que un brote semejante puede esperarse cada mil millones de años, y su hipótesis es que las extinciones masivas del Ordovícico-Silúrico pudieron ser el resultado de uno de estos brotes.
Existen fuertes indicios que apuntan a que los brotes de rayos gamma largos tienen lugar preferente o exclusivamente en regiones con baja metalicidad. Como la Vía Láctea ha tenido una alta metalicidad desde antes de que se formara la Tierra, este efecto podría reducir o incluso eliminar la posibilidad de que un brote de rayos gamma largo tuviera lugar en la Vía Láctea en los últimos mil millones de años. No se conoce una dependencia de la metalicidad semejante para los brotes de rayos gamma cortos. Por lo tanto, según su tasa local y las propiedades del haz, la posibilidad de que un suceso cercano pudiera tener un gran impacto en la Tierra en algún momento de su vida geológica puede ser aún significativa.
Luminiscencia visible de GRB 970508 observada un mes después de la detección del brote. Cuando la fusión no genera la presión suficiente para contrarrestar la gravedad, la estrella colapsa rápidamente para formar un agujero negro. En teoría, la energía puede ser liberada durante el colapso en la dirección del eje de rotación para formar un brote de rayos gamma. Los brotes a menudo son acompañados por otros fenómenos de larga o corta duración. Un brote se caracteriza por su fuerte luminosidad.