42 Explosiones de rayos gamma

Las explosiones de rayos gamma son estallidos rápidos de fotones de alta energía, que ocurren diariamente en todo el firmamento. Identificados en primer lugar por satélites militares, la mayor parte de estos estallidos marcan las postreras exhalaciones de enormes estrellas moribundas de galaxias lejanas. Al sobrepasar el brillo de una estrella normal a pesar de hallarse a miles de millones de años luz de distancia, las explosiones de rayos gamma comprenden algunos de los fenómenos más energéticos del universo.

Los púlsares y cuásares no son los únicos objetos inusuales descubiertos en la década de los años sesenta del siglo XX. Explosiones no identificadas de rayos gamma, la forma más energética de radiación electromagnética, fueron localizadas, en 1967, por patrullas de satélites militares norteamericanos. Los satélites Vela, encargados de vigilar si la URSS cumplía con el tratado de prohibición de pruebas nucleares de 1963 (que prohibía las pruebas nucleares en la atmósfera), llevaban instalados unos detectores de rayos gamma, ya que estos últimos se emiten en las explosiones nucleares. No obstante, detectaron unos destellos que no eran como los de los ensayos atómicos. Los informes sobre estas explosiones energéticas fueron desclasificados en 1973 y publicados en un trabajo académico sobre «los rayos gamma de origen cósmico».

Los enormes destellos de rayos gamma detectados por los satélites aparecían por todo el firmamento. Ocurrían diariamente y duraban desde fracciones de segundo a varios minutos. Estas explosiones eran cientos de veces más brillantes que una supernova y mil millones de veces más brillantes que el Sol. Ahora bien, ¿cuál era la causa de esos destellos de energía?

Se tardó décadas en averiguar dónde se originaban las explosiones de rayos gamma. Se hicieron progresos en 1991 con el lanzamiento del satélite Observatorio de Rayos Gamma Compton, que detectó y de modo rudimentario localizó miles de estallidos. El estudio de sus posiciones en el firmamento mostró que estaban repartidos de modo desigual (isotrópico). No venían preferentemente del centro o disco de la Vía Láctea, ni coincidían con objetos extragalácticos conocidos.

Esta propagación en todo el cielo sugiere que los rayos gamma se originaron o muy cerca de nosotros o muy lejos. Las explosiones no vienen de estrellas que explotan en nuestra galaxia, ya que si así fuera se concentrarían en el disco. Pudieron ser creadas localmente, pero una conjetura mejor es que se originaron más allá de la Vía Láctea. Sin embargo el hecho de que no se agrupen cerca de regiones de alta densidad de la galaxia sugiere que provienen de muy lejos, lo que las convertiría en el fenómeno más energético del universo. El rompecabezas se complicó aún más.

Las explosiones de rayos gamma son de dos tipos: de larga y corta duración. Los estallidos largos duran típicamente unos diez segundos; los cortos una fracción de segundo. La presencia de dos clases distintas nos indica que se han generado por dos procesos diferentes. Aún hoy, los astrónomos sólo empiezan a comprenderlos.

Luminiscencia óptica En 1996 se lanzó otro satélite, el BeppoSax, que hizo posible obtener localizaciones más precisas. Además de detectar rayos gamma, el satélite llevaba incorporada una cámara de rayos X, así los astrónomos podían buscar brillos a otras longitudes de onda, coincidentes con el estallido de rayos gamma. Sobre el terreno, instalaron un sistema de alerta de manera que cuando hubiera un estallido de rayos gamma, los telescopios en todo el globo pudieran rápidamente enfocar en esa dirección para buscar cualquier homólogo debilitándose. En 1997, se localizó una luminiscencia óptica y una galaxia muy tenue fue identificada como su probable origen. Pronto se produjeron nuevas detecciones de luminiscencias.

Con el lanzamiento de más satélites, en especial el Swift y el Fermi, los astrónomos han recogido una variedad de ejemplos de fenómenos complementarios de estallidos de rayos gamma. Han utilizado también telescopios automatizados, que reaccionan inmediatamente a alertas de explosiones. Claramente provienen de galaxias muy distantes y tenues a miles de millones de años luz. La asociación de una explosión con la llamarada de una supernova implica que los estallidos de rayos gamma de larga duración están unidos a la agonía de estrellas enormes.

Ondas expansivas Los astrónomos creen que los rayos gamma se producen por una onda expansiva que se genera cuando el núcleo de la estrella colapsa finalmente para formar un agujero negro. La explosión subsiguiente envía una onda que viaja próxima a la velocidad de la luz, que pasa a través del gas que queda alrededor de la estrella, generando rayos gamma justo delante del frente de choque. Otras formas de radiación electromagnética se producen también en la onda expansiva originando luminiscencias que pueden durar días o semanas.

Las explosiones cortas han planteado más de un problema de identificación porque cualquier luminiscencia podría desaparecer antes de que un telescopio tuviera tiempo de girar bruscamente para mirar en su dirección. Desde 2005, sin embargo, se han localizado un puñado de asociaciones con explosiones cortas. Pero se encontraron en regiones sin actividad de formación de estrellas, incluidas las de galaxias elípticas, lo que sugiere que las explosiones cortas son físicamente diferentes y no se deben simplemente a la muerte de estrellas enormes. Aunque su origen no está aún claro, se cree que podrían producirse en las fusiones de estrellas de neutrones o bien en otros sistemas energéticos. Los estallidos de rayos gamma son acontecimientos catastróficos únicos, sólo unos pocos se repiten en alguna ocasión.

Haz de partículas Las explosiones de rayos gamma producen más energía que cualquier otro objeto astrofísico. Brillan temporalmente como una estrella brillante incluso aunque estén a miles de millones de años luz de distancia. A los astrónomos les resulta difícil entender cómo se puede despedir tanta energía tan rápidamente. Una posibilidad es que en algunos casos la energía no se emite en todas las direcciones por igual sino que, como los púlsares, las ondas electromagnéticas son emitidas en un haz estrecho. Cuando ese rayo se dirige a nosotros, vemos un relámpago de alta energía. Los rayos gamma podrían ser amplificados por los efectos de la teoría de la relatividad si surgen de las partículas de movimiento rápido girando en espiral en campos magnéticos, posiblemente versiones a pequeña escala de los chorros de partículas que emanan de radiogalaxias. Por tanto, el modo en que se generan las explosiones de rayos gamma está siendo investigado todavía.

Dado que las explosiones de rayos gamma ocurren a miles de millones de años-luz de distancia, aunque aparezcan tan brillantes como una estrella cercana, somos afortunados de que sean tan escasas. Si una estallase en nuestra cercanía podría freír la Tierra.

La idea en síntesis: relámpagos gigantes