BOAT: la explosión de rayos gamma más brillante de todos los tiempos profundiza un gran misterio
Utilizando el telescopio espacial James Webb de la NASA, un equipo de científicos ha investigado la supernova que siguió al estallido de rayos gamma más brillante jamás registrado para buscar el origen de los metales pesados.
Fue en octubre de 2022 cuando un equipo internacional de investigadores observó la explosión de rayos gamma (GRB) más brillante jamás registrada, denominada GRB 221009A.
Ahora, un equipo dirigido por la Northwestern University, ha confirmado que el fenómeno responsable de la histórica explosión (denominada la B.O.A.T., "la más brillante de todos los tiempos") es el colapso y posterior explosión de una estrella masiva.
Los investigadores especularon con la posibilidad de que en el interior de la supernova recién descubierta pudieran encontrarse elementos pesados, como platino y oro. Sin embargo, en la exhaustiva búsqueda no se encontró la firma que acompaña a tales elementos. El origen de los elementos pesados en el universo sigue siendo uno de los grandes interrogantes de la astronomía.
"Cuando confirmamos que el GRB fue generado por el colapso de una estrella masiva, eso nos dio la oportunidad de probar una hipótesis sobre cómo se forman algunos de los elementos más pesados del universo", dijo Peter Blanchard, de Northwestern, quien dirigió el estudio.
"No observamos firmas de estos elementos pesados, lo que sugiere que los GRB extremadamente energéticos como el B.O.A.T. no producen estos elementos. Esto no significa que todos los GRBs no los produzcan, pero es un dato clave para comprender de dónde proceden estos elementos pesados". Futuras observaciones con JWST determinarán si los primos 'normales' del B.O.A.T. producen estos elementos".
Así se desencadenó el B.O.A.T.
De acuerdo a lo consignado por phys.org, cuando su luz bañó la Tierra el 9 de octubre de 2022, el B.O.A.T. era tan brillante que saturó la mayoría de los detectores de rayos gamma del mundo. La potente explosión se produjo a unos 2.400 millones de años luz de la Tierra, en dirección a la constelación de Sagitta, y duró unos cientos de segundos.
"Desde que somos capaces de detectar GRBs, no hay duda de que este GRB es el más brillante que hemos presenciado, por un factor de 10 o más", dijo entonces Wen-fai Fong, profesor asociado de física y astronomía en el Weinberg College of Arts and Sciences de Northwestern.
"El evento produjo algunos de los fotones de mayor energía jamás registrados por satélites diseñados para detectar rayos gamma", explicó Blanchard. "Fue un acontecimiento que la Tierra sólo ve una vez cada 10.000 años."
Una supernova "normal" para un GRB extremadamente luminoso
En lugar de observar el suceso inmediatamente, Blanchard y sus colegas utilizaron el JWST para examinar sus secuelas, unos seis meses después de la detección inicial del GRB.
"El GRB fue tan brillante que ocultó cualquier posible firma de supernova en las primeras semanas y meses tras el estallido", explicó Blanchard. "Tuvimos que esperar a que se desvaneciera significativamente para tener la oportunidad de ver la supernova".
Blanchard utilizó el espectrógrafo de infrarrojo cercano del JWST para observar la luz del objeto en longitudes de onda infrarrojas. Fue entonces cuando vio la firma característica de elementos como el calcio y el oxígeno que suelen encontrarse en una supernova.
"No es más brillante que las supernovas anteriores", afirma Blanchard. "Parece bastante normal en el contexto de otras supernovas asociadas a GRB menos energéticos. Cabría esperar que la misma estrella en colapso que produce un GRB muy energético y brillante produjera también una supernova muy energética y brillante. Pero resulta que no es así. Tenemos este GRB extremadamente luminoso, pero una supernova normal".
Enigmática ausencia de elementos pesados
Tras confirmar la presencia de la supernova, Blanchard y sus colaboradores buscaron pruebas de la presencia de elementos pesados en su interior. Actualmente, los astrofísicos tienen una imagen incompleta de todos los mecanismos del universo que pueden producir elementos más pesados que el hierro.
El principal mecanismo de producción de elementos pesados, el proceso de captura rápida de neutrones, requiere una elevada concentración de neutrones. Hasta ahora, los astrofísicos solo han confirmado la producción de elementos pesados a través de este proceso en la fusión de dos estrellas de neutrones.
Pero los científicos dicen que debe haber otras formas de producir estos materiales esquivos. Simplemente hay demasiados elementos pesados en el universo y muy pocas fusiones de estrellas de neutrones.
"Es probable que haya otra fuente", afirma Blanchard. "Las estrellas binarias de neutrones tardan mucho tiempo en fusionarse. Dos estrellas en un sistema binario primero tienen que explotar para dejar atrás estrellas de neutrones. Después, las dos estrellas de neutrones pueden tardar miles de millones de años en acercarse cada vez más y finalmente fusionarse.
Los astrofísicos han planteado la hipótesis de que los elementos pesados también podrían producirse por el colapso de una estrella masiva que gira rápidamente, el tipo exacto de estrella que generó la B.O.A.T. Utilizando el espectro infrarrojo obtenido por el JWST, Blanchard estudió las capas internas de la supernova, donde deberían formarse los elementos pesados.
"Al examinar el espectro del B.O.A.T., no observamos ninguna firma de elementos pesados, lo que sugiere que los sucesos extremos como el GRB 221009A no son fuentes primarias. Se trata de una información crucial para seguir tratando de determinar dónde se forman los elementos más pesados", indicó Blanchard.
Referencia de la noticia:
Blanchard, P.K., Villar, V.A., Chornock, R. et al. JWST detection of a supernova associated with GRB 221009A without an r-process signature. Nat Astron (2024). https://doi.org/10.1038/s41550-024-02237-4