Crédito de imagen: ESO
Las explosiones de rayos gamma son algunas de las explosiones más grandes del Universo; Uno puede generar más energía en unos segundos que la que crea el Sol en 10 mil millones de años. Se cree que son causadas cuando una estrella supermasiva se derrumba, llamada hipernova. Los astrónomos del Observatorio Europeo Austral rastrearon el resplandor de una explosión reciente utilizando una técnica llamada polarimetría, que les permite rastrear la forma de la explosión. Si se tratara de una explosión esférica, la luz tendría una polaridad aleatoria, pero descubrieron que el gas fluye en chorros que se amplían con el tiempo.
Las "explosiones de rayos gamma (GRB)" se encuentran entre los eventos más dramáticos conocidos en astrofísica. Estos breves destellos de rayos gamma energéticos, detectados por primera vez a fines de la década de 1960 por satélites militares, duran desde menos de un segundo hasta varios minutos.
Se ha descubierto que los GRB están situados a distancias extremadamente grandes ("cosmológicas"). La energía liberada en unos pocos segundos durante tal evento es mayor que la del Sol durante toda su vida útil de más de 10,000 millones de años. Los GRB son de hecho los eventos más poderosos desde el Big Bang conocido en el Universo, cf. ESO PR 08/99 y ESO PR 20/00.
Durante los últimos años se ha acumulado evidencia circunstancial de que los GRB señalan el colapso de estrellas extremadamente masivas, las llamadas hipernovas. Esto finalmente se demostró hace algunos meses cuando los astrónomos, utilizando el instrumento FORS en el Very Large Telescope (VLT) de ESO, documentaron con detalles sin precedentes los cambios en el espectro de la fuente de luz ("el resplandor óptico") del GRB de explosión de rayos gamma 030329 (cf. ESO PR 16/03). En esta ocasión, se proporcionó un vínculo concluyente y directo entre las explosiones cosmológicas de rayos gamma y las explosiones de estrellas muy masivas.
La explosión de rayos gamma GRB 030329 fue descubierta el 29 de marzo de 2003 por la nave espacial High Energy Transient Explorer de la NASA. Las observaciones de seguimiento con el espectrógrafo UVES en el telescopio VLT KUEYEN de 8.2 m en el Observatorio Paranal (Chile) mostraron que la explosión tuvo un desplazamiento al rojo de 0.1685 [1]. Esto corresponde a una distancia de aproximadamente 2.650 millones de años luz, lo que hace que GRB 030329 sea el segundo GRB de larga duración más cercano jamás detectado. La proximidad de GRB 030329 resultó en una emisión de resplandor posterior muy brillante, lo que permite las observaciones de seguimiento más extensas de cualquier resplandor posterior hasta la fecha.
Un equipo de astrónomos [2] dirigido por Jochen Greiner del Max-Planck-Institut f? R extraterrestrische Physik (Alemania) decidió aprovechar esta oportunidad única para estudiar las propiedades de polarización del resplandor posterior de GRB 030329 tal como se desarrolló después de la explosión.
Las hipernovas, la fuente de los GRB, están tan lejos que solo pueden verse como puntos de luz sin resolver. Para probar su estructura espacial, los astrónomos deben confiar en un truco: la polarimetría (ver ESO PR 23/03).
La polarimetría funciona de la siguiente manera: la luz está compuesta de ondas electromagnéticas que oscilan en ciertas direcciones (planos). La reflexión o dispersión de la luz favorece ciertas orientaciones de los campos eléctricos y magnéticos sobre otras. Es por eso que las gafas de sol polarizadas pueden filtrar el brillo de la luz solar que se refleja en un estanque.
La radiación en un estallido de rayos gamma se genera en un campo magnético ordenado, como la llamada radiación sincrotrón [3]. Si la hipernova es simétrica esféricamente, todas las orientaciones de las ondas electromagnéticas estarán presentes por igual y se promediarán, por lo que no habrá polarización neta. Sin embargo, si el gas no se expulsa simétricamente, sino hacia un chorro, se imprimirá una ligera polarización neta en la luz. Esta polarización neta cambiará con el tiempo ya que el ángulo de apertura del chorro se ensancha con el tiempo, y vemos una fracción diferente del cono de emisión.
Estudiar las propiedades de polarización del resplandor posterior de una explosión de rayos gamma permite obtener conocimiento sobre las estructuras espaciales subyacentes y la fuerza y orientación del campo magnético en la región donde se genera la radiación. "Y hacer esto durante un largo período de tiempo, a medida que el resplandor se desvanece y evoluciona, nos proporciona una herramienta de diagnóstico única para los estudios de explosión de rayos gamma", dice Jochen Greiner.
Aunque existen mediciones individuales previas de la polarización del resplandor óptico posterior de GRB, nunca se ha realizado un estudio detallado de la evolución de la polarización con el tiempo. De hecho, esta es una tarea muy exigente, solo posible con un instrumento extremadamente estable en el telescopio más grande ... y un resplandor óptico brillante suficiente.
Tan pronto como se detectó GRB 030329, el equipo de astrónomos recurrió al poderoso instrumento multimodo FORS1 en el telescopio VLT ANTU. Obtuvieron 31 observaciones polarimétricas durante un período de 38 días, lo que les permitió medir, por primera vez, los cambios de la polarización de un estallido de rayos gamma después del tiempo. Este conjunto único de datos de observación documenta los cambios físicos en el objeto remoto con un detalle sin igual.
Sus datos muestran la presencia de polarización en el nivel de 0.3 a 2.5% durante el período de 38 días con una variabilidad significativa en la fuerza y la orientación en escalas de tiempo de hasta horas. Este comportamiento particular no ha sido predicho por ninguna de las principales teorías.
Desafortunadamente, la curva de luz muy compleja de este brillo posterior de GRB, en sí misma no entendida, impide una aplicación directa de los modelos de polarización existentes. "Resulta que derivar la dirección del chorro y la estructura del campo magnético no es tan simple como pensábamos originalmente", señala Olaf Reimer, otro miembro del equipo. "Pero los cambios rápidos de las propiedades de polarización, incluso durante las fases suaves de la curva de luz de resplandor, proporcionan un desafío a la teoría del resplandor".
"Posiblemente", agrega Jochen Greiner, "el bajo nivel general de polarización indica que la intensidad del campo magnético en las direcciones paralelas y perpendiculares no difiere en más del 10%, lo que sugiere un campo fuertemente acoplado con el material en movimiento. Esto es diferente del campo a gran escala que queda de la estrella en explosión y que se cree que produce el alto nivel de polarización en los rayos gamma ".
Fuente original: Comunicado de prensa de ESO
