Así es un GRB en la intimidad

El fenómeno explosivo más intenso del Universo después del Big Bang es lo que se conoce como "explosiones de rayos gamma", más conocidas como GRBs por sus siglas en inglés (Gamma Ray Bursts). Son estallidos de muy corta duración, y de entre todos ellos, los que duran más de dos segundos, se les denomina GRBs de larga duración, abreviados como LGRBs.

Los LGRBs son tremendamente energéticos. Comparativamente, en el tiempo que dura la explosión son capaces de liberar tanta energía como la que emitirá el Sol a lo largo de su vida, y estamos hablando de una vida muy larga: en torno a 10.000 millones de años.

Estos LGRBs suponen aproximadamente el 70% de todos los GRBs observados. Esto es debido a que es más fácil detectarlos. Desde hace una década se están encontrando estallidos cuya duración es inferior a dos segundos, por lo que se han tenido que diferenciar entre ellos de acuerdo a su duración. Los de corta duración están asociados a fusión de estrellas de neutrones y no a supernovas como los LGRBs.

Representación artística del entorno que rodea al GRB 020819B, basado en observaciones de ALMA. Créditos: NAOJ.

Explosiones oscuras

Pero hay un pequeño enigma entorno a los LGRBs, y es que en sus explosiones no se ha apreciado luz emitida debido, tal vez, a la absorción de su radiación por parte de grandes nubes de polvo que rodean la estrella en los momentos previos a la explosión.

Por ello, estos estallidos están siendo estudiados ya que quieren saber el porqué de su carencia de luz y determinar si es debido a la presencia de polvo o a cualquier otro motivo. Para llevar a cabo estas investigaciones, los científicos están analizando las galaxias en las que se han producido LGRBs esperando encontrar estrellas masivas progenitoras de LGRBs en regiones activas de formación estelar, y que probablemente podrían estar rodeadas de una gran cantidad de gas, pero hasta ahora no se habían obtenido resultados observacionales que respaldasen esa hipótesis, dejando la respuesta en blanco durante mucho tiempo. 

Resultados de ALMA

Ahora, un equipo de astrónomos de Japón ha utilizado ALMA (Atacama Large Millimeter-submillimeter Array) para detectar la emisión en ondas de radio procedente del gas molecular situado en torno a dos anfitrionas de LGRB: GRB 020819B y GRB 051022, situadas a 4.300 y 6.900 millones de años luz, respectivamente.

Observaciones de la galaxia que alberga al GRB 020819B. Las medidas llevadas a cabo en el rango de las ondas de radio del gas molecular (izquierda) y el polvo (centro), han sido observadas por ALMA. A la derecha, una imagen en luz visible captada por el Telescopio Gemini Norte Frederick C. Gillett. La cruz indica la ubicación del lugar donde tiene lugar el GRB. Créditos: Bunyo Hatsukade(NAOJ), ALMA (ESO/NAOJ/NRAO)

Kotaro Kohno, profesor de la University of Tokyo y miembro del equipo de investigación ha declarado que "hemos estado buscando gas molecular en galaxias GRB durante más de diez años utilizando varios telescopios alrededor del mundo."

Es la primera vez que un instrumento detecta este tipo de radiación, y esto es debido a la sensibilidad sin precedentes que ofrece el conjunto de radiotelescopios de ALMA, estimada en cinco veces superior a la obtenida con otros telescopios similares. "Como resultado de nuestro arduo trabajo, finalmente logramos un avance notable utilizando el poder de ALMA. Estamos muy entusiasmados con lo que hemos logrado", añade Kohno.

Alta concentración de polvo

Además de detectar esta radiación, gracias a estas observaciones llevadas a cabo con ALMA, se ha descubierto la distribución del gas molecular y el polvo en galaxias que albergan GRBs. Observando el primer GRB de los citados, GRB 020819B, se ha encontrado un entorno extraordinariamente rico en polvo, mientras que cerca del centro de la galaxia se ha encontrado gas molecular. En proporciones, la concentración de polvo del entorno de GRB 020819B con respecto a zonas de formación estelar de la Vía Láctea y otras galaxias cercanas, en la zona GRB es diez veces superior.

Concepción artística del entorno que rodea al GRB 020819B, basado en observaciones de ALMA. Créditos: NAOJ.

"No esperábamos que los GRB pudieran tener lugar en un ambiente tan polvoriento, con una proporción tan baja de gas molecular con respecto al polvo. Esto indica que el GRB se produjo en un ambiente muy diferente al de una típica región de formación estelar" afirma Bunyo Hatsukade, autor principal de la investigación.

Conclusiones

Estas nuevas observaciones sugieren que las estrellas masivas que mueren como GRB cambian el ambiente en la región de formación estelar antes de explotar.

Una posible explicación para la alta proporción de polvo que se ha encontrado puede ser debido a la diferencia en sus reacciones a la radiación ultravioleta. Dado que los enlaces entre los átomos que componen las moléculas se rompen fácilmente a causa de esta radiación, el gas molecular no puede sobrevivir en ambientes altamente expuestos a estas radiaciones producidas por las estrellas masivas en sus regiones de formación, con independencia a que posteriormente estallen como GRB o no.

"Los resultados obtenidos esta vez fueron más allá de nuestras expectativas. Necesitamos llevar a cabo otras observaciones en otras galaxias GRB para ver si podría tratarse de condiciones ambientales generales a cualquier sitio que albergue un GRB. Esperamos futuras investigaciones con la ampliación de las capacidades de ALMA", concluye Hatsukade.

En cualquier caso, estas observaciones de ALMA apoyan la hipótesis de que el polvo que absorbe la radiación de la reminiscencia es el responsable de generar explosiones oscuras de rayos gamma.

Este trabajo será presentado en un artículo en la revista Nature el 12 de junio 2014, titulado “Two gamma-ray bursts from dusty regions with little molecular gas”, por B. Hatsukade et al.

El equipo está compuesto por B. Hatsukade (NAOJ, Tokio, Japón), K. Ohta (Department of Astronomy en la Kyoto University, Japón), A. Endo (Kavli Institute of NanoScience en el TU Delft, Holanda), K. Nakanishi (NAOJ - JAO, Santiago, Chile; The Graduate University for Advanced Studies (Sokendai) en Tokio, Japón), Y. Tamura (Institute of Astronomy en la University of Tokyo, Japón), T. Hashimoto (NAOJ) y K. Kohno (IoA; Research Centre for the Early Universe en la University of Tokyo, Japón).

Nota de prensa:
Explosiones gigantes enterradas en polvo

Nota de prensa (versión original):
Gigantic Explosions Buried in Dust

Referencias:

ALMA Observatory

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