Los astrónomos han descubierto una forma sin precedentes de destruir una estrella.

Los astrónomos estudian un potente estallido de rayos gamma (GRB) utilizando el telescopio Gemini Sur, operado por NSF NOIRLabEs posible que haya descubierto una forma sin precedentes de destruir una estrella. A diferencia de la mayoría de los GRB, que son causados ​​por la explosión de estrellas masivas o posibles fusiones de estrellas de neutrones, los astrónomos han llegado a la conclusión de que los GRB surgieron de la colisión de estrellas o restos estelares en el entorno abarrotado que rodea a una estrella masiva. Agujero negro En el corazón de una antigua galaxia.

La naturaleza de la muerte de las estrellas.

Las estrellas del universo suelen terminar su vida de formas predecibles determinadas por su masa. Las estrellas de masa relativamente baja, como nuestro Sol, pierden sus capas exteriores cuando envejecen y eventualmente se desvanecen. enano blanco estrellas. Las estrellas más masivas brillan más y mueren antes en catastróficas explosiones de supernovas, creando objetos ultradensos como estrellas de neutrones y agujeros negros. Si dos de estos restos estelares forman un sistema binario, eventualmente también podrían colisionar. Sin embargo, una nueva investigación apunta a una cuarta opción que se ha planteado durante mucho tiempo como hipótesis, pero que nunca antes se había visto.

Esta impresión artística muestra cómo los astrónomos que estudian un poderoso estallido de rayos gamma (GRB) utilizando el telescopio Gemini Sur, operado por NOIRLab de NSF, pueden haber descubierto una forma sin precedentes de destruir una estrella. A diferencia de la mayoría de los GRB, que son causados ​​por la explosión de estrellas masivas o posiblemente por la fusión de estrellas de neutrones, los astrónomos han llegado a la conclusión de que estos GRB provienen de colisiones de estrellas o restos estelares en el entorno abarrotado que rodea un agujero negro supermasivo en el núcleo galáctico. vieja galaxia

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En la búsqueda de los orígenes del GRB de larga duración, los astrónomos utilizaron el Telescopio Gemini Sur en Chile, parte del Observatorio Internacional Gemini operado por NOIRLab de la Fundación Nacional de Ciencias, así como el Telescopio Óptico del Norte y el Observatorio Astronómico. NASA/Agencia Espacial Europea telescopio espacial HubbleDetectaron evidencia de colisión de estrellas, o restos estelares, en una especie de derbi de demolición en la región caótica y densamente poblada cerca del agujero negro supermasivo de una galaxia antigua.

«Estos nuevos hallazgos muestran que las estrellas pueden enfrentar su desaparición en algunas de las regiones más densas del universo, donde pueden ser empujadas a colisionar», dijo Andrew Levan, astrónomo de la Universidad de Radboud en los Países Bajos y autor principal del artículo que apareció en la revista Radboud. Revista de astronomía natural. «Esto es apasionante para comprender cómo mueren las estrellas y responder otras preguntas, como qué fuentes inesperadas podrían crear las ondas gravitacionales que podemos detectar en la Tierra».

Evidencia observacional y resultados.

Las galaxias antiguas ya han pasado el comienzo de la formación estelar y les quedarán pocas estrellas gigantes, si es que quedan alguna, que son la principal fuente de GRB largos. Sin embargo, sus núcleos están repletos de estrellas y una colección de restos superdensos, como enanas blancas, estrellas de neutrones y agujeros negros. Los astrónomos han sospechado durante mucho tiempo que en el turbulento hervidero de actividad que rodea a un agujero negro supermasivo, sería sólo cuestión de tiempo hasta que dos objetos estelares colisionaran para producir GRB. Sin embargo, la evidencia de este tipo de fusión sigue siendo difícil de alcanzar.

Los astrónomos que estudian un poderoso estallido de rayos gamma (GRB) con el Observatorio Internacional Gemini, administrado por NOIRLab de NSF, pueden haber notado una forma sin precedentes de destruir una estrella. A diferencia de la mayoría de los GRB, que son causados ​​por la explosión de estrellas masivas o posiblemente por la fusión de estrellas de neutrones, los astrónomos han llegado a la conclusión de que estos GRB provienen de colisiones de estrellas o restos estelares en el entorno abarrotado que rodea un agujero negro supermasivo en el núcleo galáctico. vieja galaxia Fuente: Observatorio Internacional Gemini/NOIRLab/NSF/AURA/M. Ajo / M. mi tiempo

Los primeros indicios de tal evento se vieron el 19 de octubre de 2019 cuando el Observatorio Neil Gehrels Swift de la NASA detectó un brillante destello de rayos gamma que duró poco más de un minuto. Cualquier ráfaga de GRB que dure más de 2 segundos se considera «larga». Este tipo de explosiones suelen producirse por la muerte de supernovas de estrellas de al menos 10 veces la masa de nuestro Sol, pero no siempre.

Luego, los investigadores utilizaron Gemini Sur para realizar observaciones a largo plazo del resplandor cada vez más tenue de las explosiones de GRB para aprender más sobre sus orígenes. Las observaciones permitieron a los astrónomos localizar las explosiones de GRB en una región a menos de 100 años luz del núcleo de una galaxia antigua, colocándolas cerca del agujero negro supermasivo de la galaxia. Los investigadores tampoco encontraron evidencia de una supernova similar, que habría dejado su huella en la luz estudiada por Gemini Sur.

Información sobre los orígenes del GRB

«Nuestras observaciones posteriores nos dijeron que, en lugar de ser una estrella masiva en colapso, la explosión fue probablemente causada por la fusión de dos objetos fusionados», dijo Levan. «Al localizarlo en el centro de una antigua galaxia previamente identificada, hemos obtenido la primera evidencia tentadora de una nueva trayectoria para que las estrellas encuentren su desaparición».

Desde una altura vertiginosa, se puede alcanzar todo el alcance y dimensión del Telescopio Sur Gemini, la mitad del Observatorio Internacional Gemini, gestionado por NOIRLab de NSF. Géminis Sur está ubicado en el cerro Cerro Bachón a una altitud de 2.715 metros (8.900 pies) sobre el nivel del mar, y se beneficia de las condiciones estables del microclima. El aire seco que hace que sea más fácil «ver» para un telescopio es casi palpable sobre los extensos Andes chilenos al fondo. Esta imagen también captura el espejo de 8 metros del telescopio mirando a través de la estructura de la cúpula, algo inusual durante las horas del día, y los paneles solares (abajo a la derecha), que alimentan el telescopio durante las observaciones nocturnas del cielo austral. Fuente: Observatorio Internacional Gemini/NOIRLab/NSF/AURA/T. Matsopoulos

En entornos galácticos normales, se cree que la producción de GRB largos a partir de restos de estrellas en colisión, como estrellas de neutrones y agujeros negros, es rara. Sin embargo, los núcleos de las galaxias antiguas no son normales en absoluto y puede haber un millón o más de estrellas apiñadas en una región de sólo unos pocos años luz de diámetro. Una densidad de población tan intensa podría ser lo suficientemente grande como para que ocasionalmente se produjeran colisiones estelares, especialmente bajo la gigantesca gravedad de un agujero negro supermasivo, que perturbaría los movimientos de las estrellas y las enviaría en direcciones aleatorias. Con el tiempo, estas estrellas perdidas se cruzarán y fusionarán, lo que dará como resultado una explosión masiva que podrá verse desde vastas distancias cósmicas.

Es posible que tales eventos ocurran rutinariamente en regiones pobladas similares en todo el universo, pero que hayan pasado desapercibidos hasta este momento. Una posible razón de su opacidad es que los centros galácticos están llenos de polvo y gas, lo que podría oscurecer tanto el destello inicial del GRB como el resplandor resultante. Este tipo de GRB ha sido identificado como GRP 191019aEsta puede ser una rara excepción, que permitirá a los astrónomos detectar la explosión y estudiar sus efectos posteriores.

Investigaciones futuras y sus implicaciones.

Los investigadores quieren saber más sobre estos eventos. Esperan combinar el descubrimiento de los GRB con la correspondiente detección de ondas gravitacionales, lo que revelaría más sobre su verdadera naturaleza y confirmaría sus orígenes, incluso en los entornos más misteriosos. El Observatorio Vera C. Rubin, cuando esté listo para su uso en 2025, será invaluable en este tipo de investigación.

“Estudiar estallidos de rayos gamma como este es un gran ejemplo de cómo el campo ya ha avanzado con tantas instalaciones trabajando juntas, desde la detección de GRB hasta la detecciones de auroras y distancias con telescopios como Gemini, hasta disecciones detalladas de eventos. » dijo Levan. «Con observaciones a través del espectro electromagnético».

«Estas observaciones se suman al rico legado de Gemini y mejoran nuestra comprensión de la evolución de las estrellas», dice Martin Steele, director del programa NSF en el Observatorio Internacional Gemini. «Las observaciones urgentes son un testimonio de los procesos inteligentes de Géminis y su sensibilidad a eventos dinámicos y distantes en todo el universo».

Referencia: “Explosión de rayos gamma de largo período de origen dinámico de un antiguo núcleo galáctico” por Andrew J. Levan, Daniele B. Malesani, Benjamin P. Gompertz, Anya E. Nugent, Matt Nicholl, Samantha R. Oates, Daniel A. . Burleigh, Gillian Rastingad, Brian D. Metzger, Steve Schulz, Elizabeth R. Stanway, Anne Enckenhage, Taiba Zafar, J. Feliciano Agui Fernández, Ashley A. Krems, Kornbob Birumbakdi, Antonio de Ugarte Postigo, Wen Fei Fung, Andrew S. Fruchter, Giacomo Fragioni, Johann Bo Venpo, Nicola Gasparri, Casper E. Heintz, Jens Hegworth, Pal Jacobson, Peter J. Junker, Gavin B. Lamb, Elijah Mandel, Sohaib Mandhai, Maria E. Ravasio, Jesper Sullerman y Niall R. Tanvir, 22 de junio de 2023, disponible aquí. Naturaleza Astronomía.
doi: 10.1038/s41550-023-01998-8

Más sobre este descubrimiento:

Referencia: “Explosión de rayos gamma de largo período de origen dinámico de un antiguo núcleo galáctico” por Andrew J. Levan, Daniele B. Malesani, Benjamin P. Gompertz, Anya E. Nugent, Matt Nicholl, Samantha R. Oates, Daniel A. . Burleigh, Gillian Rastingad, Brian D. Metzger, Steve Schulz, Elizabeth R. Stanway, Anne Enckenhage, Taiba Zafar, J. Feliciano Agui Fernández, Ashley A. Krems, Kornbob Birumbakdi, Antonio de Ugarte Postigo, Wen Fei Fung, Andrew S. Fruchter, Giacomo Fragioni, Johann Bo Venpo, Nicola Gasparri, Casper E. Heintz, Jens Hegworth, Pal Jacobson, Peter J. Junker, Gavin B. Lamb, Elijah Mandel, Sohaib Mandhai, Maria E. Ravasio, Jesper Sullerman y Niall R. Tanvir, 22 de junio de 2023, disponible aquí. Naturaleza Astronomía.
doi: 10.1038/s41550-023-01998-8