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El enigma de las explosiones de rayos gamma

 

Supernovas y estrellas de neutrones
Una supergigante
Una supernova
Nucleosíntesis estelar
Una estrella de neutrones
Un púlsar
La radiación de los púlsares

Las fuentes X y gamma
Las fuentes de rayos X
El enigma de las explosiones de rayos gamma
El origen las explosiones de rayos gamma

La relatividad restringida
El fin del espacio absoluto
La relatividad restringida
La dilatación del tiempo
La contracción del espacio y el espacio-tiempo

La relatividad general
El principio de equivalencia
La relatividad general y la curvatura del espacio-tiempo
Las verificaciones de la relatividad general
La onda gravitacional
La lente gravitacional

Los agujeros negros
Un agujero negro
El espacio-tiempo alrededor de un agujero negro
Un agujero negro histórico: Cygnus X-1

 

 

 

 

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Imagen que ofrece una fotografía del sol en rayos x. Crédito: NASA Goddard Laboratory for Atmospheres

 

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Visión artística de un agujero negro con disco de acreción. Crédito: Jörn Wilms (Tübingen) et al.; ESA

El enigma de las explosiones de rayos gamma

Las explosiones de rayos gamma (también conocidos como GRB en sus siglas en inglés, BRG en español) son uno de los temas de estudio de la astrofísica contemporánea. Aunque la existencia de estas emisiones sea conocida desde los años sesenta, su naturaleza exacta sigue siendo aún un tema de investigación. Hasta los años noventa, los astrofísicos ni siquiera sabían si la fuente de las explosiones se encontraba en el sistema solar, en la Vía Láctea o en galaxias lejanas.

Estas explosiones son simplemente breves emisiones de rayos gamma de una duración comprendida entre algunos milisegundos y varios minutos. Recordemos que los rayos gamma son fotones muy energéticos producidos, por ejemplo, sobre Tierra durante reacciones nucleares. Si fuera posible supervisar permanentemente el conjunto del cielo, se observaría, por término medio, una explosión gamma al día procedente de una dirección cualquiera de la bóveda celeste.

Una potencia extraordinaria

Su característica más interesante es la energía implicada. Si las explosiones encuentran su origen en galaxias lejanas, lo que ha sido probado para algunas de ellas, la energía emitida por su fuente debe ser prodigiosa, centenas de veces más grande que la generada por una supernova.

Esta potencia extraordinaria explica el interés que la comunidad astronómica tiene en las explosiones gamma, ya que podrían revelar nuevos procesos implicando a las estrellas de neutrones, los agujeros negros o la hipernova, incluso fenómenos astrofísicos desconocidos hasta ahora.

 

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La explosión GRB 021125 observada en rayos gamma por el satélite Integral de la ESA. La fuente de esta explosión se encuentra a cinco mil millones de años-luz de nosotros. Crédito: IBIS / ESA / ECF

El descubrimiento

Las explosiones de rayos gamma fueron descubiertas por casualidad en 1967 por satélites americanos puestos en órbita para supervisar la aplicación del tratado de prohibición de las pruebas nucleares por la Unión Soviética. Estos satélites no revelaron ninguna violación del tratado, sino detectaron emisiones esporádicas de rayos gamma, de corta duración y de origen desconocido.

Pronto se hizo evidente que estas explosiones provenían del espacio antes que de la Tierra, pero los detectores de la época eran incapaces de medir precisamente su dirección de origen. La falta de limitaciones de observación condujo a teorías muy diversas, implicando, por ejemplo, a las estrellas de neutrones de la Vía láctea, la nube de Oort que rodeaba el sistema solar, o bien fuentes en galaxias lejanas.

El satélite Compton

La primera proyección experimental provino de observación en rayos X, al principio de los años noventa, por el satélite americano Compton (CGRO). Este último llevaba con él un instrumento llamado BATSE capaz de supervisar simultáneamente una gran parte del cielo y determinar una dirección precisa en caso de detección. El observatorio Compton se halló así en condiciones de determinar la posición de varias centenas de explosiones gamma, y demostrar que sus fuentes se distribuían de manera aleatoria sobre toda la bóveda celeste.

Ahora bien, si las explosiones de rayos gamma procedían principalmente de nuestra Galaxia, no estarían distribuidas uniformemente en el cielo, sino concentradas en la misma banda estrecha que la Vía láctea. La explicación preferida de la época, por fenómenos en la superficie de las estrellas de neutrones de nuestra Galaxia, no era ya, pues, verosímil.

 

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Distribución en el cielo de las explosiones gamma detectadas por el instrumento BATSE del satélite Compton. Vemos claramente que las explosiones provienen de todas las direcciones del cielo, lo que elimina las teorías que explican este fenómeno por cuerpos que pertenecen a la Vía láctea (nuestra Galaxia). Crédito: BATSE / CGRO / NASA

La posluminiscencia

El final de los años noventa vive otro progreso decisivo cuando todo indicó que las explosiones gamma podían ir seguidas por una emisión de luz en otras longitudes de onda, un fenómeno llamado posluminiscencia. Este descubrimiento se hizo en 1997 por el satélite italiano BeppoSAX durante la observación de la explosión GRB 970.228 en rayos X.

Se trataba de una proyección fundamental, ya que abría la vía a la observación por nuevas herramientas, en particular la espectroscopia. A ésta se recurrió rápidamente para medir el desfase hacia el rojo de la luz remanente, que reveló que la fuente debía encontrarse en una galaxia situada a miles millones de años-luz.

Observando la misma explosión gamma con el telescopio William Herschel, otro equipo reveló la existencia de una posluminiscencia en el dominio visible. Esta nueva característica permitía en adelante a los grandes telescopios terrestres y al telescopio espacial juntarse en las observaciones, en particular en la identificación de las galaxias que contenía su fuente, lo que iba a permitir grandes avances en nuestra comprensión del origen de las explosiones de rayos gamma.

 

 

ASTRONOMÍA Y ASTROFÍSICA - ANTONIO HERAS - SON FERRER (CALVIÁ)

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