La primera línea de emisión del resplandor del estallido de rayos gamma más brillante jamás visto probablemente sea de antimateria

El estallido de rayos gamma (GRB, por sus siglas en inglés), conocido como el más brillante de todos los tiempos (BOAT, por sus siglas en inglés), tenía una línea de emisión en su resplandor, la primera vez que se ha detectado una con certeza en un GRB. Los astrónomos que descubrieron la línea sospechan que es el producto de partículas de materia y antimateria que se aniquilan entre sí como consecuencia de la explosión mientras se precipitan hacia nosotros a una velocidad cercana a la de la luz.

En la mayoría de los fenómenos naturales, el ejemplo más espectacular registrado no se encuentra tan lejos del segundo o tercer ejemplo (pensemos en terremotos, volcanes o agujeros negros en colisión). Sin embargo, cuando se trata de los GBR, ese patrón se rompe. El BOAT (oficialmente GRB 221009A) se ganó su nombre por ser 70 veces más brillante que el siguiente más brillante que hayamos visto. Basándonos en el patrón de otros GBR, deberíamos esperar ver algo así una vez cada mil (algunos dicen diez mil) años, no en las primeras décadas después de que tuviéramos los instrumentos para observarlo. Es como si alguien corriera el maratón en menos de una hora, mientras que todos los demás participantes eran más lentos que el récord mundial existente.

Como era de esperar, los astrónomos están ansiosos por extraer toda la información que puedan sobre este fenómeno sin precedentes, pero se ven obstaculizados por el hecho de que su brillo inicial saturó las cámaras de rayos gamma. Ahora, un examen de la radiación poco después ha revelado algo que los astrónomos han buscado en otros GRB: una línea de emisión.

La liberación de energía electromagnética en una longitud de onda particular crea una línea de emisión dentro de un espectro más amplio. Estas líneas suelen ser producidas por electrones que pasan de un estado excitado a otro, liberando una cantidad de energía específica de ese elemento. La emisión y las líneas de absorción correspondientes nos han enseñado la mayor parte de lo que sabemos sobre la naturaleza de las estrellas, pero las únicas detecciones potenciales previas en GRB eran tan débiles que se pensaba que probablemente se trataba de fluctuaciones estadísticas.

“Unos minutos después de la erupción del BOAT, el monitor de estallidos de rayos gamma de Fermi registró un pico de energía inusual que nos llamó la atención”, dijo la Dra. Maria Edvige Ravasio, de la Universidad Radboud en Nijmegen, en un comunicado. “Cuando vi esa señal por primera vez, se me puso la piel de gallina. Nuestros análisis desde entonces muestran que es la primera línea de emisión de alta confianza jamás vista en 50 años de estudio de los GRB”.

Como añadió el coautor Dr. Om Sharan Salafia del Observatorio INAF-Brera: “Hemos determinado que las probabilidades de que esta característica sea simplemente una fluctuación de ruido son menores a una en 500 millones”. Por otra parte, antes de que ocurriera el BOAT, las probabilidades de ver algo tan poderoso no habrían sido mucho mayores, por lo que tal vez no deberíamos descartar tales probabilidades.

Al saturar instrumentos como FERMI, el BOAT nos impidió aprender mucho sobre los cruciales primeros segundos. El brillo máximo tuvo que ser reconstruido a partir de lo que pudimos ver una vez que la intensidad bajó a niveles manejables. La línea apareció casi cinco minutos después de que comenzara la explosión y duró al menos 40 segundos.

Los GRB se presentan en dos tipos, y se cree que tienen orígenes diferentes, aunque los astrónomos aún no pueden descartar la posibilidad de que el BOAT represente el único ejemplo que hemos visto de una misteriosa tercera clase. Sin embargo, hasta ahora lo están tratando como una versión más potente de lo que conocemos, en cuyo caso sería la consecuencia del colapso de una estrella masiva para formar un agujero negro. Además de la explosión de supernova que crea un evento de este tipo, se producen chorros inmensamente potentes. Cuando uno apunta hacia la Tierra, estamos expuestos a un estallido de rayos gamma que dura unos pocos cientos de segundos como máximo.

La línea de emisión comenzó en 0,00099 angstroms o 12,56 millones de electronvoltios y se detectó por última vez en la mitad de ese valor. La luz azul tiene 3 eV y algunos de los rayos gamma utilizados en radioterapia tienen energías de 1,2 MeV.

Esa energía no proviene, desde luego, de electrones excitados que vuelven a su estado fundamental, por lo que el equipo que hizo el descubrimiento tuvo que encontrar una nueva explicación. Creen que la causa es la aniquilación de electrones y positrones (el equivalente de antimateria de un electrón).

“Cuando un electrón y un positrón chocan, se aniquilan y producen un par de rayos gamma con una energía de 0,511 MeV”, explica el profesor Gor Oganesyan, del Instituto Científico del Gran Sasso. “Como estamos observando el chorro, donde la materia se mueve a una velocidad cercana a la de la luz, esta emisión sufre un gran desplazamiento hacia el azul y es empujada hacia energías mucho más altas”.

Un corrimiento al azul de esta magnitud requeriría que las partículas se aceleraran al 99,9 por ciento de la velocidad de la luz, pero eso no parece nada destacable en el contexto de todo lo demás relacionado con el BOAT. Una pequeña desaceleración reduciría el corrimiento al azul y explicaría por qué la energía cayó durante el período de detección.

“Tras décadas de estudiar estas increíbles explosiones cósmicas, aún no comprendemos los detalles de cómo funcionan estos chorros”, afirmó Elizabeth Hays, del Centro de Vuelos Espaciales Goddard. “Encontrar pistas como esta notable línea de emisión ayudará a los científicos a investigar este entorno extremo con mayor profundidad”.

Imaginemos lo que habríamos visto si se hubieran construido instrumentos como Fermi con capacidad para registrar la parte más brillante del BOAT, algo que antes no se creía necesario.

Los hallazgos se publican en la revista Science.