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INTRODUCCIÓN ASTRONOMÍA Y ASTROFÍSICA

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EL FIN DE LAS ESTRELLAS MASIVAS

El origen 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 de 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 origen de las explosiones de rayos gamma

 

La misión Swift

Las observaciones de la explosión gamma GRB 970228, y de otras que siguieron, permitieron eliminar las teorías que recurrían a la nube de Oort o a astros de la Galaxia. La naturaleza cosmológica de las explosiones no deja lugar a duda, gracias a la observación de su desfase hacia el rojo.

Nuestra comprensión de las explosiones gamma dio un salto adelante con el satélite americano Swift, lanzado en noviembre de 2004, y siempre operativo. Este satélite lleva con él tres instrumentos: BAT, un captador de rayos gamma capaz de supervisar simultáneamente un sexto del cielo; XRT, un detector de rayos X, y UVOT, un telescopio de observación en el ultravioleta y en el campo visible.

La particularidad de este satélite es ser capaz de reorientarse muy rápidamente (swiftly en inglés, de ahí el nombre). Inmediatamente después de la detección de una explosión gamma por BAT, el satélite puede girar hacia la fuente de modo preciso en apenas algunas decenas de segundos. Esto permite a los otros dos instrumentos, cuyo campo de visión es mucho más restringido, contribuir al estudio de la explosión y su posluminiscencia. Al mismo tiempo, todos los datos recogidos por Swift son retransmitidos rápidamente hacia la Tierra, donde puede ser organizado un seguimiento rápido por los telescopios terrestres

Gracias a un detector de rayos gamma cinco veces más sensible que el de Compton, Swift ha detectado más de 500 explosiones gamma. La combinación de tres instrumentos trabajando en diferentes longitudes de ondas ha producido informaciones precisas sobre la localización de las explosiones, sus características espectrales y la evolución en el tiempo de la emisión inicial y la posluminiscencia.

Gracias a todas estas observaciones, los astrofísicos tienen ahora una buena comprensión del origen de las explosiones gamma. De hecho, hay hasta dos orígenes, uno para las explosiones gamma cortas, es decir, de una duración de menos de dos segundos, y otro para las explosiones gamma largas.

 

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Posluminiscencia en luz visible de la explosión GRB 990123 observada por el telescopio espacial en 1999, dos semanas después de la emisión de rayos gamma. Percibimos la galaxia lejana de donde proviene la explosión, y su forma extraña sugiere la posibilidad de una colisión pasada con otra galaxia. Crédito: a. Fruchter / STScI / Nasa

Las estrellas de neutrones

La fuente de las explosiones gamma cortas sería parejas de estrellas de neutrones en órbita una en torno a la otra. La teoría de la relatividad general muestra que, en tal situación, las dos estrellas pierden rápidamente la energía en forma de ondas gravitacionales. Con el tiempo, la bajada de energía de la pareja conduce a una disminución inexorable de la distancia que las separa. El baile concluye cuando los dos cuerpos entran en colisión para fusionarse o dar nacimiento a un agujero negro. Este fenómeno produce una energía fenomenal que podría explicar las explosiones gamma cortas.

Las hipernovas

Para las explosiones gamma largas, la explicación recurre al concepto de hipernova, una versión extrema de la supernova. Una hipernova se produciría durante la desaparición de las estrellas más masivas, al menos cuarenta veces la masa del Sol.

Recordemos que las estrellas masivas terminan su existencia por un colapso gravitacional que conduce a la formación de una estrella de neutrones o un agujero negro. La aparición de este residuo central da origen a ondas de choque que hacen estallar el resto de la estrella y expulsan violentamente sus capas externas. Para explicar las explosiones gammas, los astrofísicos emitieron la hipótesis de que en el seno de las estrellas más masivas, la fuerza gravitacional es tan intensa que las capas externas de gas son rechazadas hacia el exterior, pero capturadas por el residuo central.

Este proceso ampliaría la cantidad de energía gravitacional transformada en radiación y calor en el colapso final, y aumentaría considerablemente la energía expulsada por los chorros de plasma a lo largo de los polos. Esta cantidad de energía más importante disponible, y el hecho de que la radiación sea emitida en un haz muy fino podrían, así pues, explicar cómo este acontecimiento es capaz de liberar una energía aparente mucho más importante que una supernova clásica.

 

 

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

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